CICESE y la NASA estudian el océano Ártico utilizando saildrones


Comparan datos satelitales y modelos numéricos con mediciones in situ


Ciencias del mar y de la Tierra

El cambio climático se está acelerando a un ritmo sin precedente. Por ello, obtener los datos necesarios para comprender lo que esto significa es el primer paso para abordar los desafíos climáticos del mundo.

¿Pero qué pasa cuando quieres monitorear una de las regiones más importantes y difíciles como es el océano Ártico? Importante porque a estas latitudes se experimentan las variaciones más grandes a causa del cambio climático, por lo que abrir una ventana de observación resulta crítico para comprender cómo está respondiendo tanto el clima como la biodiversidad. Y difícil porque las temperaturas extremadamente frías y la estacionalidad de la capa de hielo marino dificultan cualquier intento de muestrear aquí.

Para hacerlo se necesitan instrumentos oceanográficos de última generación que complementen y validen las observaciones satelitales que los científicos han hecho en los últimos años (visitar la página de la NASA https://podaac.jpl.nasa.gov/).

De ello nos habla el Dr. José Gómez Valdés, investigador del Departamento de Oceanografía Física del CICESE, quien desde 2017 (ver nota) colabora con el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. Como parte de un equipo liderado por científicos de esta agencia, acaba de publicar los resultados de un estudio en el que utilizaron una de estas novedosas herramientas: los llamados saildrones.

En términos llanos, un saildrone es un velero instrumentado que navega solo, aunque la definición fancy lo describe como “un vehículo de superficie sin tripulación (USV) dotado con una carga útil de sensores que recopilan mediciones en la interfaz aire-mar”.

Para su propulsión cuenta con una ala de 5 m (16 pies) que aprovecha la energía eólica, y tiene paneles solares que alimentan los instrumentos científicos y de navegación a bordo. Una vez desplegado puede realizar campañas de larga distancia que duran hasta 12 meses y proporciona observaciones oceánicas y atmosféricas de alta calidad, casi en tiempo real, mientras navega a velocidades que van de 3 a 5 nudos. Un saildrone Explorer como los que utilizaron en el Ártico mide 7 metros de eslora (largo) y es autónomo en el sentido de que puede ser guiado de forma remota desde tierra mientras es impulsado por el viento.

El conjunto de sensores estándar con que se puede dotar a estas plataformas de observación miden más de una docena de variables por encima y por debajo de la superficie del mar, incluida la temperatura (aire y mar), humedad, presión, radiación, oxígeno disuelto, clorofila-a y salinidad, así como la velocidad y dirección del viento y altura y período de las olas. También pueden equiparse con un Analizador de Corriente Doppler Acústico (ADCP) para medir los vectores de la corriente oceánica a múltiples profundidades, con un sensor ASVCO2 para medir la presión parcial de dióxido de carbono o una ecosonda para rastreo de animales y estudios de pesca.

La primera opción que se te ocurre para saber qué está pasando en regiones como el Ártico es utilizar teledetección a partir de satélites. Y no está mal pensar así; después de todo hay bastantes desplegados por todos lados y están cargados con instrumentos de todo tipo. Otra opción es modelar numéricamente lo que sucede en el mar. Pero, ¿qué tan precisas son las mediciones? ¿qué tan confiables los resultados de los modelos? ¿nos proporcionan toda la información que se requiere? Para responder a esto, el equipo del doctor Gómez Valdés (que es liderado por Jorge Vázquez Cuervo, del JPL) diseñaron un estudio que involucra el despliegue de una flota de cinco saildrones, financiada conjuntamente por la NASA y la NOAA, desde Dutch Harbor, Alaska, en los mares de Bering y Chukchi, hasta el borde del hielo (y viceversa) durante un período de 150 días, del 15 de mayo al 11 de octubre de 2019.

La idea era hacer mediciones in situ para comparar y validar los datos que arrojan los sensores remotos y los modelos matemáticos, y complementarlos con información adicional.

El artículo Using Saildrones to Validate Arctic Sea-Surface Salinity from the SMAP Satellite and from Ocean Models, publicado en la revista Remote Sensing en febrero de este año, describe qué tan coherentes son las mediciones de dos saildrones respecto a datos de salinidad de la superficie del mar (SSS) obtenidos con el satélite SMAP (Soil Moisture Active Passive), y compara qué tan constantes son los resultados del modelo ECCO (Estimating the Circulation and Climte of the Ocean) de la NASA al pasar de una resolución a otra (de mesoescala -cientos de kilómetros y semanas-, a submesoescala -kilómetros y días-) en esta variable.

La costa occidental de Alaska tiene una de las pesquerías más productivas del mundo, la cual está influenciada por la estratificación estacional y la variabilidad interanual de la clorofila-a. También es una provincia oceanográfica muy poco estudiada por científicos mexicanos.

El doctor Gómez Valdés explicó que la característica más dominante en los registros de los saildrones fue una fuerte intrusión de agua dulce en el mar de Bering asociada a las descargas del río Yukon, aportes secundarios provocados por el derretimiento del hielo marino y la precipitación neta (precipitación – evaporación).

Este río desemboca en el delta Yukon-Kuskokwim, el cual es “una fuente importante de agua dulce terrestre que puede generar grandes gradientes y variabilidad temporal en la salinidad de la superficie del mar. Por lo tanto, parte del enfoque de este artículo es examinar qué tan bien las observaciones del satélite SMAP y la SSS derivada del modelo ECCO pueden detectar la baja señal de salinidad en la plataforma del delta.”

Figura 1. Mapas de SSS promediado durante el período en que se implementaron los saildrones. Los valores azules son indicativos de baja salinidad. Se superponen pistas de las implementaciones de dos saildrone (negro y gris). Los colores blancos indican datos de satélite que estaban enmascarados debido a la contaminación de la tierra. Las ubicaciones de saildrones cuando ocurrieron los dos principales eventos de intrusión de agua dulce están indicadas por símbolos de diamantes rojos. (f) muestra un mapa con las ubicaciones geográficas del área de estudio, incluida la ubicación de la descarga del río Yukón (delta Y-K).

Esta intrusión de agua dulce fue visible en todos los productos del satélite SMAP y en los registros de salinidad superficial del saildrone.

“Este resultado es esencial para motivar la investigación futura del océano Ártico utilizando saildrones y registros de SSS a partir de satélites para determinar los flujos de agua dulce y los cambios en la estratificación del océano debido al derretimiento del hielo marino y a la escorrentía de los ríos. Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que se utilizan registros satelitales de SSS para detectar descensos en la salinidad del mar de Bering asociados al río Yukon. Estos resultados son alentadores (…) y podrían resultar fundamentales para comprender los cambios futuros en el Ártico y las aplicaciones en otras regiones”.

Por otra parte, el artículo señala que “las coherencias asociadas con el modelo de alta resolución indican que tanto las mejoras en la resolución como en la reducción del efecto de la frontera sólida la contaminación de la tierra son críticas para resolver por completo la variabilidad oceánica en los mares de Bering, Chukchi y Beaufort. (…) Investigaciones futuras deberían centrarse en (1) mejorar la obtención de SSS a partir de imágenes satelitales en el océano Ártico y (2) integrar modelos que complementen el monitoreo remoto con la respuesta completa de la región ártica al cambio climático”.

El estudio concluye que “los saildrones ofrecen una oportunidad única para validar y mejorar los productos de teledetección en el Ártico y otras regiones de alta latitud (…), y que a futuro se debe incluir la exploración de las diferencias en la SSS cercana a la costa (…); comparaciones con campañas adicionales de Saildrone, así como datos de la misión Soil Moisture Ocean Salinity (SMOS) de la Agencia Espacial Europea”.

El Dr. Gómez Valdés aseguró que las colaboraciones entre el JPL de la NASA y el CICESE se van a incrementar en los próximos años. “Por lo pronto estamos trabajando en proyectos para comparar datos derivados de satélites de alta resolución con observaciones in situ en los mares mexicanos.  Investigaciones recientes indican que para entender bien las variaciones del clima, la oceanografía tiene que enfocarse a entender la física del intercambio de calor entre el océano y la atmósfera a nivel de submesoescala”.

Palabras clave: Saildrones, José Gómez, ártico, NASA, JPL

anterior