¿Puede la supercomputación ayudarnos a predecir el cambio climático?

Me interesé en la variabilidad climática hace mucho tiempo. Estaba haciendo mi doctorado en Madrid y decidí probar cómo sería la investigación en Francia. Tuve una experiencia fantástica. Me uní a un equipo de personas que han desarrollado modelos globales para entender los climas y fue realmente motivador trabajar con ellos porque estaban realizando investigaciones de vanguardia y era algo que no podría haber hecho aquí en España. En ese momento, el cambio climático no era una palabra de moda como lo es ahora. Era muy emocionante porque estaba tratando con un aspecto de la naturaleza que tenía implicaciones inmediatas y que tiene mucho interés en la sociedad.

El BSC, Centro de Supercomputación de Barcelona, es un consorcio público financiado por el gobierno español, la Generalitat, y vinculado a la Universitat Politècnica de Catalunya. La financiación básica que recibimos se dedica principalmente a proporcionar una plataforma para que los científicos, en España y en Europa, puedan ejecutar sus propios problemas de computación. Somos alrededor de 700 personas que trabajan en diferentes aspectos de la investigación y estamos organizados en diferentes departamentos. Trabajamos en problemas relacionados con las ciencias de la vida. Por ejemplo, el diseño de vacunas utilizando ordenadores, ciencias de la computación. ¿Cómo se desarrollan este tipo de máquinas y se hacen más eficientes y accesibles? A través de la ingeniería informática. ¿Cómo se puede utilizar una máquina como esta para resolver problemas como la instalación de plantas de energía renovable o el diseño de un coche? 

Y finalmente, las ciencias de la tierra: los climas, el tiempo, la calidad del aire. Este es el departamento que dirijo. Nuestro trabajo requiere desde la supercomputación al acceso a grandes conjuntos de datos para abordar las necesidades que identificamos tanto de la sociedad como del sector privado.

Tenemos muchos proyectos diferentes en curso ahora mismo en mi departamento. Estamos abordando el tema de la contaminación del aire en las ciudades. También trabajamos en los problemas del clima mundial. Uno de los problemas que requiere la mayor cantidad de recursos es la predicción del cambio climático para el futuro próximo. Es bastante común escuchar acerca de la evolución del cambio climático a escala mundial a finales de siglo, pero lo que hemos descubierto es que hay mucho interés en lo que va a suceder en los próximos 10, 20 años porque este es el plazo en el que podemos tomar medidas. Es una escala de tiempo que interesa a los productores de energía renovable, las plantas eólicas, la agricultura y la producción de alimentos. Lo que sucederá a finales de siglo es básicamente irrelevante porque estos servicios tienen que dispensarse ahora. Este tipo de problemas tienden a ser muy sensibles a la variabilidad del cambio climático, y son problemas que están afectando a las sociedades de todo el mundo: en las regiones tropicales, en las latitudes medias donde vivimos; incluso en el Ártico este es un problema importante. 

Hemos desarrollado un modelo climático global. Es un modelo que funciona y se ejecuta en una máquina como la que tenemos aquí, Mare Nostrum Cuatro. El modelo representa la evolución en el tiempo del océano, la atmósfera, el hielo marino, la biosfera: todos los componentes hablando entre sí. Esto es fundamental porque sabemos que los cambios en la humedad de los suelos en las zonas continentales están afectando a las precipitaciones del este. Sabemos que los cambios en el océano están afectando a la atmósfera y así sucesivamente. El sistema climático es un sistema complejo, que interactúa continuamente.  

Tenemos que reproducir lo que ocurre a escala mundial, en muchos sistemas diferentes y durante mucho tiempo. Es un problema computacional muy intenso, que al mismo tiempo está produciendo una enorme cantidad de datos. Estamos prediciendo lo que será el clima en los próximos años porque tanto la administración pública como el sector privado están interesados en esta información. Así que transformamos los datos en una pieza de información climática que puede ser ingerida por los inversores en parques eólicos, por los gestores de la producción de alimentos y por muchos otros sectores. Tratamos de identificar oportunidades que pueden ser puestas en primer plano.

El Quinto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático se publicó en 2013. Patrocinado por las Naciones Unidas, cientos de científicos participan en la evaluación de los conocimientos disponibles en el momento de la publicación por parte de la comunidad investigadora en general. Se centran en los aspectos físicos del cambio climático, así como en los aspectos de adaptación y mitigación que conducirán a una reducción del cambio climático de origen antropogénico. 

El informe de 2013 llamó la atención del público porque dejó muy claro que el cambio climático no es algo que vaya a suceder a finales de siglo, sino que está sucediendo ahora, y está inequívocamente asociado a las actividades humanas. Los dos conceptos juntos crearon suficiente impulso para que el acuerdo de París fuera tomado más seriamente por los gobiernos. Los objetivos establecidos por el acuerdo de París tuvieron un gran impacto, creando conciencia en cuanto a lo importante que es establecer umbrales y fijando estos objetivos muy ambiciosos de 1,5 grados, críticos en el sentido de que ya estamos en un nivel de un grado de calentamiento con respecto a los niveles preindustriales, por lo que estamos a sólo medio grado de alcanzar ese primer objetivo. Es muy importante ser consciente de que los umbrales peligrosos están en un futuro próximo. El IPCC ofrece un marco para que los científicos sean relevantes para las políticas, para proporcionar información que sea utilizable por los responsables políticos.

Tenemos estimaciones del cambio climático para los próximos 10 años. Esto es parte de una iniciativa que la Organización Meteorológica Mundial ha creado y patrocinado, en la que el BSC desempeña un papel fundamental en el suministro de datos. Los datos que hemos recogido de las simulaciones que hemos realizado este año nos dicen que el nivel de un grado de calentamiento con respecto a los niveles preindustriales ya ha sido establecido. Tenemos una probabilidad del 10 al 20% de que un año en los próximos 10 años tenga una temperatura media de 1,5 grados más caliente que la del siglo XIX. Los años más cálidos registrados en los últimos 10 años han sido 1,1 grados por encima de los niveles preindustriales. Así que esto significa que puede que tengamos un rápido calentamiento global en los próximos 10 años. No tiene por qué ser así, pero podría ocurrir. Hay un alto riesgo de que esto ocurra.

El sexto informe de evaluación del IPCC está en preparación. Este informe tiene varios aspectos, al menos en lo que se refiere a los aspectos físicos del clima, que son diferentes de los informes anteriores. El primero es que tenemos más pruebas de observación del origen antropogénico del calentamiento global que está ocurriendo. El segundo es que el calentamiento podría ser mayor de lo que esperábamos originalmente. Si traducimos la posibilidad de alcanzar una temperatura más alta a finales de siglo en el tiempo que nos queda para la acción, significa que el tiempo para la acción es más corto de lo que esperábamos. Lo que sucederá en 20, 30, 50 años es casi imposible de saber porque existe una interacción entre el sistema climático físico y las actividades socioeconómicas de la humanidad, pero teniendo en cuenta los diferentes escenarios de desarrollo socioeconómico, el tiempo que tenemos para reducir o alcanzar el umbral de 1,5 grados que se fijó como objetivo mínimo para el acuerdo de París es en realidad más corto de lo que esperábamos.

La diferencia adicional entre el Sexto Informe de Evaluación y el Quinto es que las regiones importan. Las personas viven en un lugar y tienen intereses en las regiones donde producen alimentos para la seguridad o donde tienen inversiones en determinados lugares, pero nadie vive en una temperatura media global deslocalizada e idealizada. Estos informes se esfuerzan por acercar la información climática disponible en la literatura científica a los lugares donde se puede actuar, donde vive la gente, donde se encuentran los bienes. Entonces, ¿cómo se traduce el calentamiento global, como marco, a nuestras variables que son relevantes para los lugares donde vive la gente? La temperatura, la precipitación, el viento, la subida del nivel del mar local… ¿Qué significan realmente para las ciudades, ciudades costeras como Barcelona, por ejemplo? Esta es una de las grandes diferencias entre estos informes y el anterior.

El Barcelona Supercomputing Center es el centro nacional de supercomputación en España, especializado en computación de alto rendimiento y gestiona el Mare Nostrum, uno de los supercomputadores más potentes de Europa.

Un superordenador es básicamente una infraestructura en la que se puede encontrar la tecnología puntera en microprocesadores, conectados a redes de interconexión de rendimiento realmente rápido, y con memorias y almacenamiento de escritorio que se conectan rápidamente al resto de los elementos de ese superordenador. Las supercomputadoras tienden a tener decenas de miles de procesadores, similares a los que tenemos en nuestros ordenadores portátiles y de escritorio. Pero tienen un mejor rendimiento y están mejor conectados a los diferentes elementos de la computadora. Lo que hace que una supercomputadora sea muy rápida -0 capaz de realizar experimentos que no podemos realizar con 10.000 ordenadores de sobremesa – es básicamente esta interconexión, la capacidad de todos esos diferentes procesos de hablar entre sí de una manera muy rápida y muy eficiente.

En cuanto a la cuestión de si hay un límite a la sofisticación de una supercomputadora. Es bastante difícil de responder de alguna manera porque es una pregunta que, si digo que no, se demostraría que me equivoco en muy poco tiempo. De alguna manera la tecnología que estamos usando en estas computadoras está evolucionando muy rápido. Por ejemplo, aquí en el BSC, estamos trabajando en el desarrollo de un nuevo microprocesador, apuntando a aplicaciones específicas en coches autónomos particulares, por ejemplo, y algunas otras máquinas y dispositivos autónomos. Estos microprocesadores serán un componente integral de las futuras supercomputadoras. Las futuras supercomputadoras tendrán una característica que las hace bastante diferentes a las máquinas que tenemos aquí en el sentido de que serán heterogéneas, tendrán muchos tipos diferentes de procesadores en su interior que les permitirán apuntar a diferentes partes de los modelos y códigos que escribimos. Lo que tendremos que abordar en el futuro es cómo evolucionar nuestros códigos para hacer el mejor uso de esa inversión.

Tratamos de reproducir muchos procesos diferentes de gran variedad de componentes del sistema climático: el océano, la atmósfera, todos hablando entre sí con la mayor resolución posible. Muchos puntos diferentes alrededor del globo, millones, decenas de millones, de esos puntos bajando hasta la profundidad de los océanos y hasta la cima de la atmósfera. Tratamos de aumentar el número de puntos en los que realizamos los cálculos, porque descubrimos que al aumentar la resolución, hacemos que la simulación de los procesos físicos sea más realista. Teniendo una representación más realista de esos procesos físicos confiamos en que tendremos más precisión en nuestras predicciones y en nuestras proyecciones para el final del siglo.

Este es un servicio que instituciones como el BSC están proporcionando a la comunidad mundial en colaboración con los servicios de Canadá, el Reino Unido y Alemania. Somos los cuatro centros productores globales de este tipo de información. Cada año hacemos simulaciones de cómo será el clima en los próximos 10 años. Sabemos que la posición de esas predicciones estará limitada por nuestra capacidad de observar los procesos que están teniendo lugar, pero la comparación de nuestras predicciones en el pasado con las mejores observaciones que podemos obtener de los satélites, de las boyas en el océano, nos hace pensar que las predicciones de las temperaturas, en particular en verano en lugares como Europa y América del Norte, son bastante precisas, y utilizables, por ejemplo, por las instituciones que están a cargo de la seguridad alimentaria en Europa.

Este modelo climático global, que tiene una precisión limitada en el sentido de que no puede decirnos exactamente lo que va a suceder en los próximos cinco años, es mucho mejor que adivinar que el futuro va a ser como el pasado, porque sabemos que no es así. El clima está cambiando. Está cambiando ahora.

La colaboración es fundamental cuando se trata de la investigación sobre el clima, el tiempo y la calidad del aire. La meteorología es uno de los primeros campos en los que se estableció el acceso abierto a los datos, y se estableció en los años 50, probablemente antes. La razón es que el clima y el tiempo no son locales. Es un problema global. No se puede predecir realmente cómo será el tiempo en Barcelona durante los próximos cinco días sin saber lo que ocurre en el Atlántico Norte, o lo que ocurre con las altas o bajas presiones cerca de Groenlandia. Lo mismo ocurre con el clima. El clima en los próximos 5.000 años depende de lo que ocurra en áreas remotas como el Pacífico ecuatorial o incluso en Asia Central. Así que estas empresas sólo son posibles si los datos se intercambian de forma rápida, abierta y libre. La Organización Meteorológica Mundial, hace muchas décadas, ya estableció un sistema para intercambiar observaciones del sistema climático.

Mitigar el impacto de las nuevas tecnologías es una pregunta realmente interesante en el sentido de que la mayoría de las nuevas tecnologías que se están expandiendo requieren energía. 5G es un buen ejemplo de esto, y es sólo uno de ellos. En el caso de las supercomputadoras, necesitan cada vez más energía para alimentar las máquinas y también para enfriarlas. Más allá del hecho de que tenemos que seguir invirtiendo en la eficiencia energética, hay un objetivo obvio que la sociedad debería considerar, que es que todas las nuevas tecnologías deberían ir acompañadas de una inversión equivalente en la producción de energía verde, inversiones en energía solar, inversiones en recursos de biomasa, inversiones en energía eólica.

España tiene un historial relativamente pobre en cuanto a la elaboración de políticas e incluso a la investigación en materia de cambio climático. Esto es lamentable, pero probablemente es el resultado de la falta de tradición en este campo y la falta de inversión de los gobiernos a lo largo de la historia y en el país. De alguna manera España carece de una ley sobre el cambio climático. Hay un plan, pero aún no hay una ley. Mientras que muchos otros países, particularmente en el norte de Europa, ya lo tienen desde hace años. España carece de un órgano consultivo para que los responsables políticos aprovechen al máximo la información sobre el clima que ahora es de dominio público. Esto es algo que otros países, el Reino Unido por ejemplo, han tenido durante probablemente 15 años.

España también carece de evaluaciones serias de los impactos económicos del cambio climático. Cuando digo serio me refiero a una evaluación adecuada de cómo los diferentes sectores de las administraciones públicas y privadas van a sufrir lo que va a suceder en los próximos cinco años, 10 años, 50 años, 100 años, a partir de ahora. Así que de alguna manera tenemos un largo camino por recorrer. Lo bueno de España es que el grado de conciencia de la sociedad es bastante alto. El nivel de escepticismo es bastante bajo y el interés que los jóvenes muestran por este problema es también bastante alto, comparable a lo que se puede encontrar en la mayoría de los otros países europeos.

Hay bastantes iniciativas en cuanto al control, la medición y la mitigación del impacto de la contaminación atmosférica, por ejemplo, cada vez más el impacto de la contaminación acústica en las ciudades. Así que esto está muy cerca de la sociedad y los ciudadanos, lo que significa que hay una mayor conciencia y una mayor demanda de este tipo de información en forma oportuna. En cuanto al cambio climático, hay muy pocas iniciativas en el país. Hay bastantes iniciativas en términos de los impactos del cambio climático en el ecosistema, y eso es muy relevante porque los servicios ecosistémicos son una de las áreas emergentes de la formulación de políticas relativas a los impactos del cambio climático. Pero en términos de lo que España puede hacer para proporcionar y producir mejor información climática a escala nacional y regional, todavía estamos empezando y hay muy poca inversión dada la magnitud del problema que estamos enfrentando. 

Digital Future Society es muy importante en el sentido de que aborda el impacto que las tecnologías digitales y las tecnologías emergentes pueden tener. Necesitamos este tipo de iniciativas que están surgiendo del propio mundo digital para hacer comprensibles el tipo de problemas, los problemas sociales, como en los que trabajo, el cambio climático y los problemas de calidad del aire, al propio mundo digital. Así que sólo a través de una iniciativa interna se puede realmente traducir lo que gente como yo, los investigadores, están haciendo en un vocabulario y un lenguaje que sea comprensible para esta comunidad.