La caída récord del hielo marino antártico se puede explicar y pronosticar con meses de antelación a partir de patrones en los vientos

En medio de todos los cambios en el clima de la Tierra, el hielo marino en el tormentoso Océano Austral que rodea la Antártida fue, durante mucho tiempo, una extraña excepción. La capa máxima de hielo marino invernal se mantuvo estable o incluso aumentó ligeramente desde fines de la década de 1970 hasta 2015, a pesar del aumento de las temperaturas globales.

Eso empezó a cambiar en 2016. Varios años de descenso condujeron a un mínimo histórico en 2023, más de cinco desviaciones estándar por debajo del promedio del registro satelital. La superficie de hielo marino fue 2,2 millones de kilómetros cuadrados inferior al promedio del registro satelital, una pérdida de casi 12 veces el tamaño del estado de Washington. El pico del invierno más reciente, registrado en septiembre de 2024, estuvo muy cerca del mínimo histórico del año anterior.

Los investigadores de la Universidad de Washington demostraron que el mínimo histórico se puede explicar por las condiciones cálidas del océano Austral y los patrones de vientos que rodearon la Antártida meses antes, lo que permite generar pronósticos sobre la cobertura de hielo marino alrededor del Polo Sur con seis o más meses de anticipación. Esto podría respaldar los modelos meteorológicos y climáticos regionales y globales.

El estudio de acceso abierto se publicó el 20 de noviembre en Nature Communications Earth & Environment.

“Desde 2015, la superficie total de hielo marino antártico ha disminuido drásticamente”, dijo el autor principal Zac Espinosa, estudiante de doctorado en Ciencias Atmosféricas y Climáticas de la UW. “Los métodos de pronóstico de vanguardia para el hielo marino generalmente tienen dificultades para producir pronósticos confiables con plazos tan largos. Demostramos que el hielo marino antártico invernal tiene una predictibilidad significativa con plazos de seis a nueve meses”.

En un artículo firmado por Hannah Hickey en la sección de noticias de la Universidad de Washington, se indica que los autores utilizaron un modelo climático global para simular cómo las temperaturas del océano y del aire, incluidos ciclos de largo plazo como El Niño y La Niña, afectan el hielo marino en el Océano Austral.

Los resultados mostraron que El Niño de 2023 fue menos importante de lo que se creía anteriormente. En cambio, un patrón arqueado de vientos regionales y sus efectos en las temperaturas del océano hasta seis meses antes podrían explicar el 70% del hielo marino invernal más bajo de 2023. Estos vientos provocan una mezcla oceánica en el Océano Austral que puede arrastrar agua cálida más profunda a la superficie, suprimiendo así el crecimiento del hielo marino. Los vientos también pueden empujar el hielo marino hacia los polos en dirección a la Antártida para evitar que el borde del hielo marino se expanda hacia el norte, transportar calor desde latitudes más bajas hacia los polos y generar olas oceánicas que rompan el hielo marino.

Utilizando el mismo enfoque para las observaciones de 2024 se predijo correctamente que este sería otro año con poca cobertura de hielo marino en el Océano Austral.

“Es interesante que, a pesar de lo inusuales que fueron las condiciones del hielo marino invernal en 2023 y nuevamente en 2024, nuestros resultados muestran que eran notablemente predecibles con más de seis meses de anticipación”, dijo el coautor Edward Blanchard-Wrigglesworth, profesor asociado de investigación en Ciencias Atmosféricas y Climáticas de la UW.

El hielo marino antártico es importante porque afecta a los ecosistemas marinos y costeros y a las interacciones entre el océano y la atmósfera en el océano Austral. También afecta al clima global al reflejar la luz solar en el hemisferio sur e influir en las capas de hielo y las corrientes globales.

Aunque el estudiante de doctorado Zac Espinosa realiza la mayor parte de su investigación con una computadora, el verano pasado participó en una expedición de investigación para estudiar en el campo el hielo marino del Ártico.

“El hielo marino antártico es un elemento fundamental para controlar el ritmo del calentamiento global y la estabilidad del hielo en el continente antártico”, afirmó Espinosa. “De hecho, el hielo marino actúa como soporte de las plataformas de hielo, aumentando su estabilidad y ralentizando el ritmo de aumento del nivel global del mar. Este hielo también es importante para los ecosistemas marinos y costeros”.

A medida que llega el verano al Hemisferio Sur, la extensión actual del hielo marino sigue siendo escasa alrededor de la Antártida, cerca de un mínimo histórico para esta época del año.

“Nuestro éxito en predecir estos grandes eventos de pérdida de hielo marino con tanta anticipación demuestra nuestra comprensión del mecanismo que los causó”, dijo la coautora Cecilia Bitz, profesora de Ciencias Atmosféricas y Climáticas de la UW. “Nuestro modelo y métodos están preparados para predecir futuros eventos de pérdida de hielo marino”.

La investigación fue financiada por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de Estados Unidos.

English version

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Record-low Antarctic sea ice can be explained and forecast months out by patterns in winds

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Amid all the changes in Earth’s climate, sea ice in the stormy Southern Ocean surrounding Antarctica was, for a long time, an odd exception. The maximum winter sea ice cover remained steady or even increased slightly from the late 1970s through 2015, despite rising global temperatures.

That began to change in 2016. Several years of decline led to an all-time record low in 2023, more than five standard deviations below the average from the satellite record. The area of sea ice was 2.2 million square kilometers below the average from the satellite record, a loss almost 12 times the size of Washington state. The most recent winter’s peak, recorded in September 2024, was very close to the previous year’s record low.

University of Washington researchers show that the all-time record low can be explained by warm Southern Ocean conditions and patterns in the winds that circled Antarctica months earlier, allowing forecasts for sea ice coverage around the South Pole to be generated six or more months in advance. This could support regional and global weather and climate models.

The open-access study was published Nov. 20 in Nature Communications Earth & Environment.

“Since 2015, total Antarctic sea ice area has dramatically declined,” said lead author Zac Espinosa, a UW doctoral student in atmospheric and climate science. “State-of-the-art forecasting methods for sea ice generally struggle to produce reliable forecasts at such long leads. We show that winter Antarctic sea ice has significant predictability at six- to nine-month lead times.”

The article signed by Hanna Hickey, on UW news site, states that the authors used a global climate model to simulate how ocean and air temperatures, including longer-term cycles like El Niño and La Niña, affect sea ice in the Southern Ocean.

Results showed that the 2023 El Niño was less important than previously thought. Instead, an arching pattern of regional winds, and their effects on ocean temperatures up to six months in advance, could explain 70% of the 2023 record-low winter sea ice. These winds cause ocean mixing in the Southern Ocean that can pull deeper warm water up to the surface, thus suppressing sea ice growth. Winds can also push sea ice poleward toward Antarctica to prevent the sea ice edge from expanding north, transport heat from lower latitudes toward the poles, and generate ocean waves that break up sea ice.

Using the same approach for the 2024 observations correctly predicted that this would be another low year for Southern Ocean sea ice cover.

“It’s interesting that, despite how unusual the winter sea ice conditions were in 2023 and again in 2024, our results show they were remarkably predictable over 6 months in advance,” said co-author Edward Blanchard-Wrigglesworth, a UW research associate professor of Atmospheric and Climate Science.

Antarctic sea ice is important because it affects marine and coastal ecosystems and interactions between ocean and atmosphere in the Southern Ocean. It also affects global climate by reflecting sunlight in the Southern Hemisphere and influencing ice sheets and global currents.

Although doctoral student Zac Espinosa does most of his research with a computer, last summer he participated in a research expedition to study Arctic sea ice in the field.

“Antarctic sea ice is a major control on the rate of global warming and the stability of ice on the Antarctic continent,” Espinosa said. “In fact, the sea ice acts to buttress ice shelves, increasing their stability and slowing the rate of global sea level rise. This ice is also important for marine and coastal ecosystems.”

As summer arrives in the Southern Hemisphere, the current sea ice extent remains sparse around Antarctica, close to a record low for this time of the year.

“Our success at predicting these major sea ice loss events so far in advance demonstrates our understanding of the mechanism that caused them,” said co-author Cecilia Bitz, a UW professor of Atmospheric and Climate Science. “Our model and methods are geared up to predict future sea ice loss events.”

The research was funded by the National Science Foundation and the U.S. Department of Energy.