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Ecos del futuro

Reflexiones sobre ciencia, economía, ecología, política y comportamiento humano

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    2006-2015

    Pedro J. Hernández



    Blogalia

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  • Climas posibles de Próxima b


    Es una de las noticias científicas del año: el descubierto de un planeta rocoso de una masa parecida a la Tierra que orbita Próxima Centauri a 7,5 millones de kilómetros, con un periodo de traslación de unos 11 días. Al tratarse de una enana roja (0,14 radios solares) de tipo espectral M, mucho más fría (3050 K) que el Sol, a esa distancia se encuentra dentro de la denominada zona de habitabilidad, donde es posible la existencia de agua líquida.

    Daniel Marín en su blog Eureka ha hecho un fantástico seguimiento de la noticia y Francis Villatoro tiene una magnífica entrada sobre los posibles climas en base a modelos de circulación general. Así, que el objetivo de esta entrada es estudiar algunas características de los posibles climas del planeta en base a modelos sencillos de equilibrio radiativo —que ya hemos desarrollado en este blog— y utilizarlos como otro ejemplo más de la potencia de los modelos sencillos para ciertos argumentos de tipo general.

    Seguir leyendo en La Ciencia de Svante Arrhenius

    2016-08-30 13:19 | Astronomia, Fisica | 0 Comentarios


    Modelos de equilibrio radiativo


    Los modelos tienen muy mala fama, sobre todo en climatología. De hecho se utilizan todo el tiempo como un argumento del tipo “no podemos saberlo”. Es un argumento falaz, porque siendo cierto que los modelos no reproducen fielmente el mundo real, sí que pueden reproducir características de éste que nos ayudan a comprenderlo mejor. Y los modelos son muy útiles para ver aspectos que no son fáciles de intuir con el comportamiento del sistema real.

    Otro de los argumentos que suelo oír por ahí es que uno sólo puede sacar de un modelo lo que pone en él. En un sentido trivial es cierto; Uno no puede por ejemplo esperar que un modelo describa los movimientos convectivos sin en primer lugar no implementa la posibilidad de movimientos verticales de celdas de aire. Pero eso no significa que un modelo no pueda producir resultados útiles —e incluso inesperados— como consecuencias de la interacción entre sus elementos. De hecho, si somos de los que creemos que el mundo funciona según las leyes de la física, eso es justo lo que sucede en el mundo real: a partir de leyes sencillas y la interacción de muchos elementos aparecen comportamiento complejos no implementados en ellas.

    Cuando uno empieza a mirar artículos y libros de texto sobre la estructura de la atmósfera, tiene la sensación de que se abusa del modelo de capas de atmósfera gris. Todo el mundo —incluido un servidor— lo utiliza porque es sencillo. Pero no sólo por eso. Los modelos sencillos nos permiten entender los aspectos básicos y pueden proporcionar las pistas para hacer descubrimientos.

    En 1960, Carl Sagan propuso que la elevada temperatura de la superficie de Venus era consecuencias de la existencia de una atmósfera muy opaca debido a los gases de efecto invernadero como el CO2. Carl Sagan utilizó un modelo de equilibrio radiativo elemental de atmósfera gris para elaborar su hipótesis, validada después por los datos.

    En esta entrada intentaremos implementar un algoritmo para un modelo multicapa continuo dividiendo la atmósfera en un numero arbitrariamente de capas. La idea es intentar deducir perfiles de temperatura a partir de condiciones de equilibrio radiativo además de la variación del perfil de temperatura al cambiar las propiedades ópticas de la atmósfera, como ocurre al añadir GEI.

    Seguir leyendo en La Ciencia de Svante Arrhenius

    2016-08-22 23:36 | Fisica | 0 Comentarios


    Neil deGrasse Tyson y el medallero olímpico: la insoportable superficialidad de un tuit

    Durante la década de los noventa del siglo pasado, la fundación Bill & Melinda Gates donó unos 1700 millones de euros en un programa para reducir el tamaño de los colegios en EEUU, con actuaciones en Nueva York, Los Angeles, Chicago y Seattle. El movimiento en favor de los pequeños colegios trabajaba con la hipótesis de que la reducción del tamaño mejora la calidad de los resultados de sus estudiantes. La evidencia con la que contaban era que, entre los colegios con mejores resultados en las pruebas estándar estadounidenses, habían varios colegios pequeños.

    Lo cierto es que, en cualquier muestra de población, las desviaciones de la media dependen del tamaño de la población seleccionada. Así, los resultados de los colegios pequeños mostrarán mayores desviaciones de la media (varianza) que los colegios de mayor tamaño. Por tanto, efectivamente es más probable encontrarnos con colegios pequeños en los lugares destacados, aunque también es más probable encontrarlos en la cola de rendimiento. El efecto es análogo a la existencia de grupos de población pequeños con tasas de cáncer muy por encima o muy por debajo de la media nacional, que suelen atribuirse a causas injustificadas, como la presencia de una antena de telefonía móvil o al manantial de la montaña más cercana que utilizan los lugareños como fuente de agua potable.

    Un análisis superficial de los datos puede llevarnos a gastar inmensas cantidades de dinero. Y el de Bill Gates no es, desgraciadamente, ni el primero ni el último ejemplo. El fantástico comunicador Neil deGrasse Tyson hizo halago de una análisis superficial con este tuit.



    Seleccionar el número de medallas de oro como métrica del éxito de un país en las olimpiadas es el primer error de Tyson. Se ha vuelto casi una costumbre utilizar el número de medallas calibrado según los siguientes pesos:



    Vamos a representar el número calibrado de medallas per cápita obtenidos en los juegos de Londres 2012 frente a la población de cada país (se puede acceder a la hoja de cálculo con el gráfico pinchando en la imagen):



    Vemos que hay un efecto claro del tamaño de la población, donde la línea roja hace una estimación de la tendencia (regresión lineal de los logaritmos de población y medallas per cápita calibradas). La distancia vertical a dicha línea puede darnos una primera idea del rendimiento de cada país sobre lo esperable según esa tendencia. Según esa discutible métrica, Hungría no está “pateando el culo” de EEUU ni mucho menos (o al menos no lo hizo en Londres 2012).

    Mi análisis sigue siendo demasiado superficial como para que sea ni mucho menos la última palabra sobre el rendimiento olímpico de los países. Así que, para un análisis algo más riguroso, acudamos a la amplia bibliografía académica que existe sobre los factores que influyen en el rendimiento olímpico de cada país.

    Desde hace muchos años, es conocimiento estándar de los académicos que el mejor ajuste de los datos incluye una dependencia logarítmica con la población y el PIB de cada país. Eso tiene sentido dentro de lo que los economistas denominan una ley de rendimientos decrecientes. Una mayor población permite a un país tener más opciones de selección de atletas y un mayor PIB mejores instalaciones y oportunidades para la práctica deportiva por ejemplo. Sin embargo, existen varias cantidades limitantes, como el número de participantes en las diferentes competiciones por ejemplo, de tal manera que, a partir de unos estándares, resulta cada vez menos ventajoso un mayor población y PIB. Podría entenderse como evidencia de ello el “reparto” más equitativo de medallas producido en las últimas décadas con respecto a países históricamente más fuertes, como puede verse en la siguiente figura.



    Por el mismo efecto que Bill Gates tiró varios miles de millones de dólares al desagüe, los países pequeños pueden dar enormes sorpresas, puesto que unas pocas medallas tienen un enorme impacto en el número de medallas per cápita. De hecho, existe una cantidad importante de pequeños países que jamás han ganado una medalla olímpica y que por tanto no han entrado en el análisis anterior. Cualquiera de eso países pueden “patear el culo” de los grandes con un golpe de fortuna que les permita a sus atletas ganar unas pocas medallas.

    Hay dos cosas que caracterizan, desde mi punto de vista, a un gran hombre de ciencia: la humildad y el pensamiento elaborado. Neil deGrasse Tyson en un gran comunicador y un tipo con carisma. Probablemente necesario, no lo niego; sobre todo en la lucha contra los mensajes de pseudociencia con motivación política que dominan los medios norteamericanos. Pero nada que ver con su admirado Carl Sagan, que jamás hizo una afirmación pública que no hubiese meditado lo suficiente. Y Carl eran un magnífico comunicador y un pensador profundo y humilde, además de un gran hombre de ciencia… De esos que contribuyeron a que el público respetase esa maravillosa empresa humana que es la ciencia.

    Referencias:

    Economic briefing paper: modelling Olympic performance. PWC.

    Howard Wainer 2007. The Most Dangerous Equation. Ignorance of how sample size affects statistical variation has created havoc for nearly a millennium. American Scientist

    Marcus Noland & Kevin Stahler 2015. An Old Boys’ Club No More: Pluralism in Participation and Performance at the Olympic Games

    Medals Per Capita. Olympic Glory in Proportion

    2016-08-16 14:01 | Metodo cientifico, Educacion, Escepticismo | 0 Comentarios


    Crónicas de la estratosfera


    Casi todas las buenas historias de la ciencia que uno pueda contar pueden remontarse hasta el gran Galileo Galilei. En arresto domiciliario, habiendo abandonado el uso del telescopio y casi ciego, Galileo continuaba haciendo experimentos que reflejaría en su segunda gran obra, los Discorsi. En el libro describe los experimentos que aparentemente demostraban el peso del aire cuando se introducía comprimido en botellas. Como consecuencia, se convenció de la naturaleza física del aire, aunque sin renunciar a la doctrina aristotélica del “horror al vacío” de la naturaleza; de esta manera explicaba el funcionamiento del sifón por succión del vacío, una intuición que todavía sirve como explicación a muchos de nuestros contemporáneos...

    Seguir leyendo en Naukas

    2016-08-08 19:51 | Astronomia, Historia, Fisica | 0 Comentarios


    El clima de la estratosfera

    Los globos-sonda que empezaron a lanzarse sistemáticamente a finales de la primera década del siglo XX parecían mostrar la existencia de una capa muy aproximadamente isoterma por encima de unos 10 km de altitud.

    Curvas de medidas de temperaturas para diferentes lanzamientos de globos sonda. Fuente: Meteorological Glossary



    Con estas primeras observaciones en mente, E. Gold y W.J. Humphreys proporcionaron independientemente en 1909 un primer cálculo de la temperatura basada en el equilibrio radiativo de una estratosfera que absorbía sólo radiación térmica de la troposfera...

    Seguir leyendo en La ciencia de Svante Arrhenius.

    2016-08-07 17:20 | Cambio climatico, Fisica | 0 Comentarios


    La física del efecto invernadero


    La idea básica de una atmósfera representada como una capa de gases,que dejan pasar la luz solar pero impide parcialmente el paso de la radiación debido a la presencia de gases de efecto invernadero (GEI) es simple pero muy poco útil para explicar por qué se produce el calentamiento de la superficie terrestre cuando aumenta la cantidad de estos.

    Tampoco debemos dejarnos engañar por la aparente sofisticación de un modelo de equilibrio radiativo como el de atmósfera gris desarrollado en la entrada anterior. Es un modelo que resulta realmente útil para entender ciertos aspectos básicos, pero tiene sus debilidades, como la idea de saturación , es decir, la idea errónea de que, a partir de cierta concentración (equivalente a ε=1 en el modelo), añadir más GEI no provoque ningún efecto en el calentamiento de la superficie terrestre. Veremos que en la atmósfera real no es posible ese efecto de saturación.

    Uno de los problemas que encuentro habitualmente en los debates sobre la ciencia del cambio climático es la falta de consciencia general sobre lo compleja que es la física de la atmósfera y el transporte de energía que allí sucede. Nadie que no haya dedicado muchos meses (mejor incluso años) a leer varios libros de texto sobre el tema tendrá una idea siquiera aproximada de cómo funciona este asunto. Y esos argumentos en la red tienen, en el mejor de los casos, la sofisticación análoga de alguien que quisiese entender las líneas espectrales del hidrógeno utilizando el modelo atómico de Dalton y discutiese con un físico que contase con todo el aparato matemático de la mecánica cuántica.

    Sin embargo el lector no tiene por qué avergonzarse de su ignorancia (faltaría más). El mecanismo detallado del mal denominado efecto invernadero es conceptualmente tan complejo como la mismísima física atómica. Y prueba de ello es que grandes hombres de ciencia debatieron durante muchos años la interpretación correcta de este efecto.

    La idea de esta entrada es introducir al lector en aquellos aspectos que debemos considerar a la hora de entender en su plenitud lo que denominamos el efecto invernadero amplificado por efecto de los GEI —lo que además no debemos equiparar en principio al calentamiento global antropogénico—. Estos aspectos se pueden clasificar en cuatro apartados:

    1. Propiedades de la radiación térmica
    2. Equilibrio radiativo
    3. Estructura de la atmósfera
    4. Propiedades de absorción/emisión de los GEI.

    Terminaremos con la reunión de estos aspectos para proporcionar una explicación lo más simplificada posible —¡pero no más!— de la física del efecto invernadero amplificado por GEI.

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    2016-07-22 21:13 | Cambio climatico, Fisica | 2 Comentarios


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