MIT: Más ojos en el cielo revelan cuánto calientan el planeta las estelas de condensación de los aviones
Un nuevo trabajo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) abre un capítulo importante en el debate sobre el impacto climático del transporte aéreo. Mediante el análisis de imágenes satelitales, los científicos han demostrado que los satélites en órbita geoestacionaria, en los que más confiamos hoy en día, pasan por alto aproximadamente el 80 por ciento de las estelas de condensación (contrails) que son visibles desde satélites más precisos en órbita terrestre baja. La conclusión es clara: sin "más ojos en el cielo" es difícil estimar con precisión cuánto calienta realmente la aviación la atmósfera – y cómo podemos reducir rápidamente ese efecto.
Las estelas de condensación se forman cuando los gases de escape calientes de los motores a reacción se encuentran con capas de aire frías y húmedas. Los cristales de hielo que se crean entonces forman delgadas franjas blancas detrás del avión, y en condiciones atmosféricas adecuadas, estas franjas pueden convertirse en nubes anchas y duraderas que cubren grandes áreas del cielo durante horas. Aunque a primera vista parecen inofensivas, análisis científicos recientes muestran que las estelas de condensación podrían ser responsables de aproximadamente la mitad del impacto climático total de la aviación, comparable al impacto de las emisiones de CO2 del mismo sector.
En un momento en que Europa y el resto del mundo aumentan la presión para descarbonizar el transporte aéreo, el estudio del MIT llega como una advertencia y una oportunidad al mismo tiempo: si queremos aplicar seriamente estrategias para evitar las estelas más dañinas para el clima, primero debemos saber cuántas hay, dónde se forman y cuánto duran. Y para eso, resulta que ya no podemos confiar en un solo tipo de satélite.
Las estelas de condensación como emisiones ocultas de la aviación
El impacto climático de la aviación se ha identificado durante mucho tiempo casi exclusivamente con las emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, durante los últimos diez años ha crecido el consenso científico de que los efectos no-CO2 – ante todo las estelas de condensación y las nubes nacidas de su evolución – pueden tener una contribución igual de grande, y en un horizonte temporal más corto incluso mayor, al calentamiento del planeta que el propio CO2. Análisis de organizaciones internacionales de transporte aéreo estiman que el efecto radiativo de las estelas es comparable en magnitud a los efectos de las emisiones de CO2 de la aviación.
El problema clave es que no todas las estelas de condensación son iguales. Muchas se disipan en pocos minutos y tienen un efecto limitado o incluso ligeramente refrescante porque reflejan parte de la energía solar de vuelta al espacio. Otras, especialmente las que se forman en condiciones nocturnas e invernales, pueden persistir durante horas y actuar como una manta térmica que atrapa la radiación de onda larga de la superficie del planeta. Trabajos científicos indican que un número relativamente pequeño de vuelos – apenas unos pocos puntos porcentuales – genera la mayoría del efecto total de calentamiento de las estelas, mientras que la mayoría de las estelas tienen un impacto mucho menor en el clima.
Por eso, evitar las estelas de condensación se menciona cada vez más como una "victoria rápida" en la política climática de la aviación. Estimaciones muestran que un desvío optimizado de un número muy pequeño de vuelos a través de unos pocos cientos de metros de altitud de vuelo diferente podría reducir a la mitad el calentamiento climático causado por las estelas, con solo un aumento marginal en el consumo de combustible y el costo por billete. Pero para que tales medidas sean efectivas, es necesario identificar de manera fiable las áreas de la atmósfera en las que se formarán estelas persistentes y más dañinas para el clima. Aquí es donde entran en escena los satélites.
Por qué los satélites son clave para el "pronóstico de estelas"
La mayoría de las investigaciones anteriores sobre estelas de condensación se han basado en imágenes de satélites geoestacionarios. Estos satélites "están" sobre el mismo punto de la Tierra a una altitud de unos 36 mil kilómetros y graban continuamente una gran área, con un nuevo fotograma cada pocos minutos. En la práctica, esto significa que los servicios meteorológicos, las autoridades aeronáuticas y los investigadores obtienen una imagen continua del desarrollo de nubes, tormentas y nubes de hielo altas, entre las que se encuentran las estelas desarrolladas.
Sin embargo, tal cobertura espacial y temporal tiene un precio: resolución limitada. Dada la distancia de los satélites geoestacionarios, píxeles individuales en la imagen pueden representar varios kilómetros en el suelo. Esto es suficiente para ver claramente grandes estelas extendidas y estructuras nubosas, pero no las fases más tempranas de la formación de estelas, cuando aún son cortas y delgadas, justo en el momento en que salen de los motores del chorro del avión.
Por otro lado, los satélites en órbita terrestre baja (LEO) – como los equipados con el instrumento VIIRS – orbitan a altitudes de unos pocos cientos de kilómetros y sobrevuelan la Tierra en franjas estrechas. Sus imágenes tienen una resolución espacial significativamente más fina y pueden distinguir estructuras mucho más delgadas y cortas en la atmósfera. Pero los satélites LEO sobrevuelan la misma parte de la Tierra solo una o unas pocas veces al día, lo que significa que no proporcionan un monitoreo continuo del desarrollo de nubes y estelas minuto a minuto.
En la práctica, los satélites geoestacionarios se han impuesto como los "caballos de batalla" del sistema de detección de estelas de condensación. En ellos se basan numerosos proyectos de investigación, así como algoritmos experimentales que intentan predecir en tiempo real dónde aparecerán estelas persistentes. Investigadores del MIT decidieron probar qué tan completa es esta imagen – y qué nos estamos perdiendo cuando solo tenemos en cuenta las imágenes geoestacionarias.
Qué mostró la comparación del MIT entre imágenes GEO y LEO
En un nuevo trabajo publicado en la revista Geophysical Research Letters, un equipo del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT comparó dos tipos principales de observaciones satelitales de estelas de condensación. Como representante de la plataforma geoestacionaria tomaron el instrumento Advanced Baseline Imager (ABI) en uno de los satélites meteorológicos estadounidenses, mientras que utilizaron el instrumento Visible Infrared Radiometer Suite (VIIRS) de varios satélites en órbita baja como referencia de alta resolución.
Los investigadores seleccionaron para cada mes desde diciembre de 2023 hasta noviembre de 2024 una imagen de la parte continental de los Estados Unidos registrada por el instrumento VIIRS. Luego buscaron las imágenes correspondientes más cercanas en el tiempo de la misma zona del ABI geoestacionario. Todas las imágenes estaban en el espectro infrarrojo y se mostraban en colores falsos para resaltar más fácilmente las estructuras de hielo delgadas que corresponden a las estelas de condensación, tanto de día como de noche.
Siguió un laborioso trabajo manual: los científicos buscaron manualmente en cada imagen el encuadre, ampliaron partes individuales y marcaron cada estela claramente visible. Luego compararon cuántas de esas estelas eran reconocibles en las imágenes geoestacionarias y cuántas eran visibles solo en las imágenes LEO de alta resolución.
El resultado fue sorprendentemente inequívoco. En las imágenes del satélite geoestacionario, en promedio no se veía alrededor del 80 por ciento de las estelas que eran claramente distinguibles en las imágenes LEO. Los instrumentos GEO "atrapan" mucho mejor las estelas de condensación largas, anchas y desarrolladas, mientras que el VIIRS y sensores LEO similares también revelan todo un espectro de estelas más cortas, delgadas y "jóvenes" que acaban de salir de los motores de los aviones o que apenas han comenzado a extenderse.
Los autores enfatizan que esto no significa que el 80 por ciento del impacto climático de las estelas sea invisible desde la órbita terrestre. Las estelas grandes y duraderas que los satélites geoestacionarios sí registran son probablemente responsables de la mayor parte del calentamiento total porque permanecen más tiempo en la atmósfera y cubren superficies mayores. Pero al mismo tiempo, el hecho de que la gran mayoría de las estelas no se vean en absoluto en los productos geoestacionarios estándar significa que los modelos que confían solo en datos GEO dan necesariamente una imagen incompleta.
El equipo del MIT concluye por tanto que, especialmente en el contexto de futuras políticas públicas y posibles obligaciones de evitar estelas para las aerolíneas, no deberíamos confiar en un solo instrumento o en una sola configuración orbital. Solo mediante la combinación de datos de satélites geoestacionarios y de órbita baja, junto con observaciones desde tierra, es posible obtener estadísticas creíbles sobre dónde, cuándo y con qué frecuencia se forman estelas de condensación relevantes para el clima.
Del laboratorio al control de vuelo: ¿se pueden evitar las estelas en la práctica?
La idea de que los pilotos, con la ayuda de nuevos pronósticos meteorológicos y análisis satelitales, podrían ajustar la altitud de vuelo para evitar zonas propicias para la formación de estelas persistentes ya no es pura teoría. Durante los últimos años se han llevado a cabo numerosos vuelos de prueba en Europa y América del Norte en los que aerolíneas, institutos de investigación y el control de tráfico aéreo probaron "desvíos" operativos para reducir la formación de las estelas más dañinas.
Estudios muestran que un pequeño número de cambios de trayectoria específicos – a menudo en solo unos pocos puntos porcentuales de todos los vuelos – puede resultar en una reducción sustancial del impacto climático de las estelas. Parte de la investigación sugiere que alrededor del 3 por ciento de los vuelos globales crean aproximadamente el 80 por ciento del calentamiento total asociado a las estelas de condensación. Si para esos vuelos se identifican de antemano las capas atmosféricas en las que se formarán estelas persistentes y ópticamente gruesas y se desvían los vuelos unos pocos cientos de metros por encima o por debajo de esas capas, es posible eliminar más de la mitad de ese efecto con un aumento global en el consumo de combustible de menos del uno por ciento.
La Agencia Europea de Seguridad Aérea y centros de investigación como el Maastricht Upper Area Control Centre (MUAC) de EUROCONTROL ya están probando cómo integrar tales soluciones en el trabajo diario de los controladores y planificadores de vuelo. Los desafíos clave son la fiabilidad de los pronósticos, la carga del espacio aéreo y la disponibilidad de datos en tiempo real. Aquí el análisis del MIT encaja como un recordatorio importante de que la calidad del pronóstico para evitar estelas no puede evaluarse sin una comprensión detallada de las limitaciones de los propios sensores satelitales.
Por ahora, los proyectos piloto combinan principalmente modelos meteorológicos, imágenes satelitales históricas y verificación durante el propio vuelo, y los resultados se comparan retroactivamente con las observaciones satelitales para ver si un vuelo determinado realmente produjo menos estelas persistentes. Si además parte de esas estelas permanece invisible para los satélites geoestacionarios, existe el riesgo de que la efectividad de las medidas se sobreestime o subestime, dependiendo de qué parte de las estadísticas se ignore.
Europa anuncia el seguimiento de los efectos no-CO2 del transporte aéreo
Mientras tanto, el marco político en Europa está cambiando rápidamente. La Unión Europea ha comenzado desde 2025 a introducir la obligación de seguimiento y reporte de los efectos no-CO2 del transporte aéreo, incluidas las estelas de condensación, para los vuelos dentro de la Unión. El plan es que tal supervisión se extienda también a los vuelos internacionales en la segunda mitad de la década. El objetivo es que al evaluar la huella climática de los transportistas aéreos ya no se tengan en cuenta solo las emisiones de dióxido de carbono, sino también efectos a corto plazo pero intensos como las estelas.
Paralelamente a las iniciativas europeas, a nivel de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) se lleva a cabo un debate sobre cómo incorporar mejor los efectos no-CO2 en el sistema existente de mecanismos de mercado y estándares, como el esquema global CORSIA. Aunque por ahora no existe un marco global vinculante para las estelas, la presión de la comunidad científica y de la sociedad civil para incluir este aspecto en los planes climáticos nacionales es cada vez más fuerte, especialmente después de nuevos estudios que muestran que las estelas de condensación son uno de los principales impulsores del costo climático total de la aviación.
La investigación del MIT encaja en esta tendencia como una contribución muy concreta: muestra que incluso la propia "imagen del cielo" sobre la que construimos las políticas es todavía incompleta. Si en el futuro, por ejemplo, se introduce el pago de tasas adicionales para los vuelos que entran en zonas de alta probabilidad de formación de estelas persistentes, para los reguladores será sumamente importante saber qué tan precisos son los sistemas de detección que utilizan.
Más sensores, datos abiertos y espacio para la inteligencia artificial
Los autores del estudio del MIT abogan por tanto por un enfoque que combine satélites geoestacionarios y LEO con redes de cámaras en tierra. En condiciones ideales, las cámaras terrestres distribuidas alrededor de los principales corredores aéreos pueden detectar en tiempo real el momento de formación de la estela y vincularlo a un vuelo concreto y su altitud. Luego, la misma estela puede seguirse en las horas siguientes con la ayuda de satélites geoestacionarios para reconstruir su "ciclo de vida", desde el delgado chorro detrás del motor hasta la nube extendida de cristales de hielo.
Tal enfoque abre el camino al desarrollo de modelos significativamente más precisos que podrían pronosticar dónde se crearán en las próximas horas las estelas persistentes más relevantes para el clima. En segundo plano hay una cantidad enorme de datos: ya hoy existen conjuntos de datos de estelas identificadas manualmente en imágenes satelitales disponibles públicamente, destinados precisamente a entrenar algoritmos de aprendizaje automático. Cuando estos conjuntos de datos se vinculan con información detallada sobre vuelos y condiciones atmosféricas, es posible desarrollar modelos que adviertan en tiempo real a los planificadores de vuelo y al control de tráfico aéreo sobre zonas de mayor riesgo.
El papel de los satélites geoestacionarios no desaparece; al contrario, siguen siendo una fuente clave de observaciones continuas que no puede ser reemplazada. Pero, como muestran los resultados del MIT, sus limitaciones deben tenerse claramente en cuenta: sin el complemento de datos de satélites de órbita baja y desde tierra, el cálculo del impacto climático del transporte aéreo corre el riesgo de ser sistemáticamente subestimado o distribuido erróneamente entre vuelos y regiones.
Para la industria de la aviación, que ya se enfrenta a altos costos de descarbonización a través de combustibles sostenibles y futuras tecnologías bajas en carbono, las estelas representan quizás la oportunidad más cercana para una reducción relativamente barata de la huella climática. Pero el equipo del MIT advierte que sería prematuro introducir amplias obligaciones operativas para evitar estelas sin una base científica sólida y herramientas de seguimiento fiables. Como enfatizan los autores, solo mediante la combinación de diferentes sensores, pronósticos meteorológicos precisos y una verificación sistemática de los resultados es posible desarrollar estrategias que realmente reduzcan el calentamiento, y no solo trasladen el problema de una parte del cielo a otra.
A largo plazo, el éxito de tales enfoques dependerá no solo del progreso en la tecnología satelital, sino también de la voluntad política para introducir realmente nuevas herramientas en la práctica operativa. Mientras el número de vuelos continúa creciendo y los objetivos climáticos se vuelven más estrictos, la cuestión de las estelas de condensación se traslada lentamente de los trabajos científicos al centro del debate sobre el futuro del transporte aéreo. Si "más ojos en el cielo" se convertirán también en más responsabilidad climática real es ahora ante todo una cuestión de elección de los reguladores, la industria y los pasajeros.
Fuentes:
- Instituto Tecnológico de Massachusetts / Mirage News – comunicado sobre la investigación de las limitaciones de los satélites geoestacionarios en la detección de estelas de condensación (enlace)
- Euchenhofer M. V. y col. – materiales científicos y técnicos sobre la observación de estelas y limitaciones de satélites geoestacionarios, incluidos conjuntos de datos de estelas identificadas manualmente disponibles públicamente (enlace)
- Air Transport Action Group (ATAG) – documento de revisión sobre el impacto climático de las estelas de condensación y opciones operativas para su reducción (enlace)
- Transport & Environment – análisis de costos y potencial para evitar estelas mediante cambios limitados en las trayectorias de vuelo (enlace)
- EUROCONTROL / MUAC – artículo sobre el desarrollo y prueba de medidas para evitar estelas de condensación en el espacio aéreo europeo (enlace)
- Universidad Tecnológica de Chalmers – investigación sobre el costo climático total de la aviación y el papel de las estelas de condensación (enlace)
- Financial Times – análisis sobre el impacto climático del transporte aéreo y el papel de las estelas, incluidos los planes europeos para el seguimiento de los efectos no-CO2 de los vuelos (enlace)
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