Investigadores del MIT están cartografiando los riesgos de fenómenos meteorológicos extremos y creando herramientas para hacerles frente

El proyecto “Nuevo mundo del clima” de los Climate Grand Challenges muestra cómo los modelos, las herramientas de planificación y el análisis de infraestructuras están traduciendo la investigación en resiliencia del mundo real.

El aumento de las temperaturas está impulsando eventos meteorológicos cada vez más extremos, como inundaciones catastróficas, huracanes y ciclones severos, y incendios forestales exacerbados por la sequía. Sin embargo, las herramientas utilizadas por las comunidades locales, las agencias de emergencia y seguridad pública, y los mercados de seguros y riesgos no han ido al ritmo de los datos actualizados y los modelos necesarios para predecir con precisión cómo evolucionarán estos eventos.

Abordar esa carencia fue una de las cinco áreas de investigación seleccionadas para el desafío Climate Grand Challenges de MIT en 2022, un esfuerzo ambicioso para acelerar soluciones científicas a los problemas climáticos. El área, titulada “Prepararse para un nuevo mundo de fenómenos climáticos y meteorológicos extremos”, se centra en herramientas que ayuden a evaluar la vulnerabilidad de un lugar a inundaciones, ciclones, olas de calor húmedo u otros eventos relacionados con el clima.

Cuatro años después, la colaboración entre más de 40 profesores e investigadores estudiantes en los proyectos sobre fenómenos meteorológicos y climáticos extremos ha dado lugar a 29 trabajos de investigación publicados y a herramientas digitales y conjuntos de datos que ya están en uso o cerca de ser implementados. Los proyectos individuales abarcan desde la previsión y la evaluación de riesgos hasta la planificación en terreno y la infraestructura resiliente.

“Las comunidades de todo Estados Unidos y del mundo ya se están enfrentando a las consecuencias del clima extremo”, dice Evelyn Wang, vicepresidenta de Energía y Clima del MIT, cuya oficina ha estado financiando y apoyando todos los Grand Challenges desde 2024. “A través de los Climate Grand Challenges, un equipo interdisciplinario de MIT está impulsando la ciencia, las tecnologías y las estrategias prácticas necesarias para ayudar a las comunidades a anticipar estos riesgos y construir una mayor resiliencia.”

Reduciendo las incertidumbres científicas

Paul O’Gorman, profesor Robert R. Shrock de Ciencias de la Tierra y Planetarias en MIT y codirector del área de fenómenos meteorológicos y climáticos extremos, está perfeccionando la ciencia detrás de la previsión de eventos meteorológicos extremos, como las importantes inundaciones del año pasado en el centro de Texas y en Pakistán. “Ha habido muchos eventos sin precedentes que han batido récords”, afirma, “y queremos entender cómo están cambiando a medida que el clima se calienta, y cómo cambian en diferentes regiones.”

Un aspecto que su grupo ha estado examinando es la relación entre los eventos de lluvias extremas y el calentamiento global. Los modelos climáticos predicen que las lluvias extremas aumentan menos en verano que en otras estaciones en gran parte de Estados Unidos y Europa. El equipo de O’Gorman descubrió que estos cambios estacionales se deben no solo a la cantidad de agua en la atmósfera, medida por la humedad específica, sino también a cuán cerca está esa humedad de la saturación, medida por la humedad relativa. “Vimos que los cambios en la humedad relativa desempeñaron un papel importante, algo que antes no se había valorado, y que debemos tener en cuenta”, apunta.

La modelización es un reto: la humedad relativa depende de la circulación atmosférica, de la rapidez con la que se calienta la tierra respecto al océano, de la humedad del suelo y de la vegetación. “Es un asunto complejo, pero esto nos ayuda a comprender los patrones de precipitaciones”, dice O’Gorman.

Kerry Emanuel, profesor (post tenencia) en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT y también codirector del área de fenómenos meteorológicos y climáticos extremos, está investigando mejores formas de estimar los riesgos de huracanes extremos y tormentas convectivas severas, como tormentas eléctricas y tornados. “Para los huracanes, estamos bastante cerca. Podemos reproducir las estadísticas de huracanes reales extremadamente bien solo usando datos meteorológicos de bajo detalle que no incluyen huracanes”, señala. Pero en cuanto a las tormentas convectivas severas, “todavía no lo hemos conseguido” y estas tormentas “en la última década han costado más vidas y provocado más daños que los huracanes”.

La investigación sobre la física de las tormentas ya está influyendo en la práctica, según Emanuel. Por ejemplo, una empresa llamada First Street utiliza los métodos de Emanuel para guiar a gobiernos locales, aseguradoras, promotores y plataformas inmobiliarias sobre el riesgo ambiental para cada propiedad privada en Estados Unidos.

Mejorando la resiliencia

Otra fase del Grand Challenge, liderada por Miho Mazereeuw, profesora asociada en el Departamento de Arquitectura del MIT y reconocida experta en diseño resiliente, traduce la información de los modelos científicos y la recopilación de datos en herramientas para los planificadores en terreno. Por ejemplo, trabajando con dirigentes y miembros de comunidades de Boston y del condado de Broward, en Florida, el equipo ha desarrollado herramientas web interactivas que facilitan la planificación ante impactos como inundaciones en un amplio rango de escenarios.

“Cuando ocurre un evento extremo, existe una brecha entre el conocimiento científico y la información pública accionable”, dice Aditya Barve, científico investigador en el Urban Risk Lab de Mazereeuw. Esto ocurre a varios niveles: desde la emisión de información en tiempo real cuando las personas la necesitan, hasta la recolección de datos para la planificación a largo plazo y la difusión de esos planes a las comunidades. “La idea es abordar esa brecha con herramientas de recolección de datos de emergencia comunitaria, planificación proactiva de recuperación y herramientas asistidas por IA para la visualización a gran escala de los impactos futuros del clima, de modo que las comunidades estén preparadas cuando ocurra algo.”

El equipo ha trabajado en hacer que los resultados de los modelos de inundaciones sean accesibles para una gama más amplia de usuarios, especialmente donde la necesidad de software especializado o experiencia técnica puede ralentizar la toma de decisiones entre los departamentos de las ciudades. “Los usuarios pueden hacer preguntas prácticas, como qué escuelas probablemente permanecerán más secas bajo distintos escenarios de inundaciones, y obtener respuestas basadas en modelos de inundación y conjuntos de datos urbanos en cuestión de segundos”, explica Barve.

En cuanto a la recuperación tras eventos meteorológicos extremos, Mazereeuw señala que la mayoría de los municipios tiene un plan de respuesta de emergencia, pero pocos diseñan un plan de recuperación que incluya la vivienda antes del evento. Sin embargo, dice, si las comunidades planean cómo la recuperación puede conducir a un mejor futuro para la ciudad, pueden aprovechar mejor el financiamiento de ayuda de emergencia disponible. “En casi todos los casos, los recursos disponibles tras un desastre son mucho mayores”, afirma. “Si se tiene un plan, esos recursos pueden alinearse con la visión futura del lugar.”

Optimizando la infraestructura energética

El profesor asociado Michael Howland está analizando el impacto de los fenómenos meteorológicos extremos sobre la infraestructura energética junto a un equipo que incluye a Jessika Trancik, profesora en el MIT Institute for Data Systems and Society (IDSS), y Moshe Ben-Akiva, profesor Edmund K. Turner de Ingeniería Civil en MIT. El equipo estudia especialmente los impactos sobre el sistema de energía eléctrica y cómo optimizar las decisiones sobre la ubicación y el tamaño de la nueva infraestructura energética.

Howland, quien es el profesor Jeffrey Cheah en desarrollo de carrera de Ingeniería Civil y Ambiental en MIT, comenta que los sistemas eléctricos se están transformando cada vez más por dos factores a la vez: primero, la proliferación de energías renovables y tecnologías de almacenamiento, y segundo, los cambios a gran escala en el clima y los eventos extremos impulsados por el cambio climático. “Cada uno de estos factores podría llevar de manera independiente a nuestro sistema eléctrico más allá de lo que estamos acostumbrados, y sus impactos combinados y sinérgicos podrían ser aún mayores porque ocurren simultáneamente”, afirma.

Unir la modelización climática con el desarrollo de redes de infraestructura energética ha acelerado la generación de ideas prácticas sobre cómo podemos adaptarnos y, al mismo tiempo, mitigar el cambio climático, explica Howland. Además, dichos modelos pueden informar decisiones sobre infraestructura de formas no obvias. Por ejemplo, explica que su modelo de optimización para emplazamientos de recursos energéticos en Texas resultó en la instalación de varios parques eólicos a lo largo de la Costa del Golfo. “Si uno mira un mapa promedio de velocidad del viento,” dice, “podría pensar que esto no tiene sentido, porque el noroeste de Texas suele ser mucho más ventoso que la Costa del Golfo.”

Pero resulta que el ciclo diario típico de vientos es complementario, de modo que los parques eólicos repartidos por ambas regiones tienden a compensarse entre sí y a complementar mejor la generación solar, aliviando la presión sobre la red. Ahora, “tratamos de ir más allá, no solo suavizando la generación, sino alineándola realmente con la demanda eléctrica que varía en el tiempo y el espacio para reducir las necesidades de almacenamiento, transmisión y generación de respaldo”, añade.

Este trabajo sigue en marcha, y la esperanza es que lleve a productos que puedan ayudar directamente a los planificadores y reguladores de redes eléctricas con información útil y accionable sobre la ubicación y el tamaño de diversos recursos de infraestructura eléctrica, dice Howland. “Queremos seguir avanzando en la precisión y realismo de los modelos para que sean herramientas cada vez más útiles y prácticas para los planificadores de la red.”

Emanuel añade que el Grand Challenge de fenómenos meteorológicos y climáticos extremos, y otros proyectos que buscan identificar los tipos de riesgos que pueden esperarse de un clima cambiante, han producido una gran cantidad de información específica y detallada que podría guiar la toma de decisiones políticas, económicas y cívicas. Aplicar estos conocimientos en el mundo real puede ser un proceso lento —“como dirigir un superpetrolero”, afirma—, pero el progreso llegará.