Estudian con inteligencia artificial el impacto del calentamiento global en sistemas de surgencia

Los sistemas de surgencia de borde oriental (EBUS, por sus siglas en inglés), son áreas del océano donde aguas ricas en nutrientes ascienden hasta la superficie por acción del viento. Estas albergan ecosistemas marinos muy productivos y beneficiosos para los países circundantes, representando hasta el 20% de las capturas pesqueras globales. Comprender los efectos del calentamiento global sobre los EBUS es muy importante para el bienestar de las comunidades que habitan dichas regiones, sin embargo, no hay consenso al respecto debido a factores como variabilidad natural significativa, incertidumbre en modelos climáticos y limitadas observaciones a largo plazo. Para abordar estos desafíos, un estudio utilizó inteligencia artificial, tecnología en la que nuestro país lidera dentro de Latinoamérica (Índice Latinoamericano de Inteligencia Artificial, 2024). Específicamente, una herramienta de Aprendizaje Automatizado (Machine learning, en inglés) que permitió, a partir de datos oceanográficos y atmosféricos, estudiar cambios a lo largo de casi tres décadas en los principales sistemas de surgencia del mundo.

Para analizar los complejos patrones de la surgencia marina, se utilizaron dos herramientas de inteligencia artificial: los Mapas Autoorganizados (SOM) y el Agrupamiento Jerárquico Aglomerativo (HAC). Estas son como lupas especiales que permiten encontrar patrones ocultos en grandes cantidades de datos. Los SOM son capaces de organizar información compleja en grupos, similar a como nuestro cerebro agrupa objetos similares. Por su parte, el HAC toma estos grupos y los combina de forma jerárquica para encontrar patrones más generales. A través de su uso conjunto, los investigadores lograron identificar patrones climáticos y oceánicos clave que influyen en las cuatro regiones de surgencia costera importantes del mundo: la costa oeste de América del Norte (California), Sudamérica (Corriente de Humboldt), África (Benguela) y la Península Ibérica. Esta información es fundamental para entender y predecir estos fenómenos naturales, que tienen un gran impacto en la vida marina y en las actividades humanas como la pesca.

Extrayendo conclusiones

A principios de los años noventa surgió la hipótesis de Bakun, la cual plantea que el calentamiento global incrementará los gradientes de presión océano-tierra, provocando una intensificación de los vientos que favorecen la surgencia costera. Respecto a esto, David Bustos, quien llevó a cabo este trabajo en el marco de su Doctorado en Oceanografía con investigadores del centro COPAS Coastal de la Universidad de Concepción, señala que al realizar el estudio no encontraron evidencia que apoyara dicha hipótesis, sin embargo, “se encontró un aumento coherente de la presión atmosférica hacia los polos y, por ende, incremento de vientos favorables para la surgencia”, lo que se alinea con el paradigma actual, que atribuye dicho incremento a la expansión de las celdas de Hadley –corrientes de circulación atmosférica– en un clima más cálido.

Por otra parte, Bustos también afirma que se identificaron variaciones estacionales en la intensidad y duración de los eventos de surgencia, mostrando que no todos los sistemas responden de la misma forma. En el caso de la Corriente de Humboldt, por ejemplo, se observó que la surgencia inducida por el viento no es el único mecanismo que puede gatillar estos eventos, sino que hay otros, tales como la acción de ciertas formaciones topográficas y cañones submarinos. Estos últimos son valles sinuosos que cortan la plataforma y el talud continental. El Centro COPAS también ha trabajado en ellos, concretamente, en el Cañón del Biobío (estudiado por los investigadores Gonzalo Saldías y Camila Fernández) y el de Chañaral (por la investigadora Susannah Buchan).

Un avance para la ciencia

Este estudio corresponde a uno de los primeros en utilizar inteligencia artificial para analizar y comparar las dinámicas de surgencia en los EBUS. Sumado a eso, si bien los resultados obtenidos se alinean en gran medida con estudios previos, también aportan nuevas perspectivas. Por ejemplo, según cuenta Bustos, se identificaron diferencias en las métricas de surgencia entre los períodos de primavera y verano, observando eventos más cortos e intensos durante la transición de una estación a la otra. Si bien formalmente no se obtuvieron conclusiones directas sobre las implicaciones de esto en la producción pesquera, Bustos comenta que dicha intensidad podría llevar a aumentos temporales en la biomasa de especies clave, como sardinas y anchovetas. “Sin embargo, la brevedad de los eventos también podría limitar la duración de las condiciones favorables, reduciendo el tiempo disponible para que las especies aprovechen los nutrientes adicionales. Esto podría afectar la reproducción y el crecimiento de estas especies”, agregó.

A esto agrega que se observó un desplazamiento hacia la costa de los sistemas subtropicales de alta presión durante el verano y se evidenciaron cambios interanuales significativos en el patrón espacial dominante de la variabilidad de la surgencia en sistemas como Humboldt y Benguela, tanto en primavera como en verano. Además, señala: “se mostró que los principales centros de surgencia, a pesar de estar bajo la influencia de forzantes similares, pueden responder diferente de acuerdo al sistema, estación y condiciones geofísicas predominantes”. Dicho eso, integrar este tipo de enfoque puede descubrir aspectos previamente pasados por alto en cuanto a la variabilidad de las surgencias costeras y fenómenos relacionados.

Respecto al siguiente paso en esta área, Bustos considera que sería entender mejor cómo pueden evolucionar los sistemas de surgencia en el futuro. En esta línea, señala que los modelos climáticos enfrentan numerosas limitaciones al reproducir adecuadamente sus variables geofísicas, generando incertidumbre sobre el impacto del cambio climático en estos entornos. Ante ello señala que el uso de técnicas basadas en inteligencia artificial podría proporcionar una representación mejor de la dinámica de estos sistemas. “Esto es esencial para anticipar y comprender los desafíos que enfrentarán estos ecosistemas en el futuro, permitiendo una adaptación más efectiva a las condiciones cambiantes”, concluye.

Sobre el equipo

El estudio en cuestión corresponde a un capítulo de la tesis de David Bustos, estudiante de Doctorado en Oceanografía, quien trabajó junto a su profesor guía, Diego Narváez, y los investigadores Fabián Tapia y Boris Dewitte, del centro COPAS Coastal. Asimismo, contaron con la colaboración de las investigadoras Vera Oerder y Mabel Vidal. Narváez, desde su rol, contribuyó en la organización del trabajo, la interpretación de los resultados y en la escritura del paper que surgió a partir de la investigación realizada. Por su parte, Fabián Tapia aportó con su experiencia previa indexando datos sobre atributos importantes de surgencia costera y estudiando cómo ésta varía geográficamente tanto en su intensidad como en su temporalidad. Dewitte, en tanto, contribuyó a la interpretación de los resultados a la luz de la bibliografía existente y brindó orientación en ciertos análisis específicos. Finalmente, Vera Oerder colaboró en la revisión del trabajo dando sugerencias y Mabel Vidal ayudó, en el ámbito de la inteligencia artificial, a refinar los métodos utilizados.