Cómo se hace un enrutamiento meteorológico

En el mar, la línea recta rara vez es el camino más rápido. Un velero no avanza proa al viento, vuela al través y se arrastra con viento en popa en la brisa floja, y el viento que encontrará cambia de una milla a otra y de una hora a otra. Elegir un rumbo para los próximos diez minutos es fácil; elegirlo para los próximos tres días, sabiendo que cada elección le lleva a otro viento, no lo es. La pregunta tiene nombre en matemáticas. En 1931, el matemático alemán Ernst Zermelo la planteó para un dirigible que cruza un viento que varía en el espacio y en el tiempo: ¿qué gobierno lleva una nave de A a B en el menor tiempo? El enrutamiento meteorológico es la respuesta práctica a esa pregunta, elaborada para buques y veleros desde hace unos setenta años.

Todo router, desde la mesa de cartas del navegante de los años cincuenta hasta el programa de una regata oceánica, reúne los mismos tres ingredientes. El barco: a qué velocidad navega con cada viento, a cada ángulo. El tiempo: el viento previsto sobre toda la zona y toda la duración de la travesía. El mar: la corriente que arrastra el barco, la costa y los bajos que debe evitar. A ellos añade un objetivo, casi siempre la llegada más temprana, a veces una travesía más segura o más cómoda, y un método para buscar, entre los innumerables trayectos posibles, el que mejor lo cumple. Una ruta vale lo que su ingrediente más débil: un algoritmo perfecto sobre una mala previsión traza con aplomo una línea hacia el lugar equivocado.

El barco entra en forma de su polar: una tabla de velocidades sobre el agua para cada intensidad y cada ángulo del viento real, dibujada como un abanico de curvas. Las mejores las calcula un programa de predicción de velocidad, o VPP, como el que el Offshore Racing Congress ejecuta para cada barco que mide: a partir de las formas del casco, la jarcia y las velas medidas, busca la velocidad a la que el empuje de las velas equilibra la resistencia del casco, y su momento escorante el momento adrizante del barco, con vientos de 6 a 20 nudos, de la ceñida a la popa cerrada. Otras polares se miden en el mar, con los instrumentos de a bordo registrados temporada tras temporada. De una polar salen los ángulos de los que vive un navegante: el mejor ángulo para ceñir o para empopar, allí donde la velocidad útil hacia el viento o en contra de él, la VMG, es mayor. Una polar describe un barco bien llevado, con la vela adecuada a cada ángulo y la tripulación en la banda; un crucero cargado para una travesía rara vez la alcanza, y los navegantes suelen enrutar con un porcentaje de ella.

El tiempo entra en forma de los archivos de un modelo numérico, casi siempre en el formato GRIB de la Organización Meteorológica Mundial: en una malla de puntos, separados unos pocos kilómetros en un modelo regional, de nueve a treinta aproximadamente en uno global, el viento a diez metros sobre el mar, dado por sus dos componentes, de oeste a este y de sur a norte, cada hora o cada tres horas hasta el horizonte del modelo. El barco nunca está en un punto de la malla, ni a la hora de un paso de la previsión: el router interpola, en el espacio entre los puntos que lo rodean, en el tiempo entre los pasos que enmarcan el instante. El método es sencillo, y suaviza. Lo que ocurre entre dos puntos, una brisa térmica en una bahía, el viento que se acelera frente a un cabo, no está en el archivo y no estará en la ruta; las rachas tampoco, porque el campo da un viento medio, y la polar se lee con él.

Antes de los ordenadores, el enrutamiento se trazaba a mano. En 1957, R. W. James, de la Oficina Hidrográfica de la Marina de los Estados Unidos, publicó un método para apartar a los buques de la mar gruesa que las previsiones de oleaje empezaban a anunciar: desde la salida, llevar la distancia que el buque puede recorrer en un tiempo dado con cada rumbo, unir esos puntos en una curva y volver a empezar desde esa curva para el intervalo siguiente. Cada curva une los puntos alcanzables en el mismo instante: una isócrona. Cuando una de ellas toca la llegada, se ha encontrado la ruta más rápida, que se remonta de curva en curva hasta la salida. Nacido para buques frenados por la mar, el método conviene igual de bien a los veleros, cuya velocidad depende del viento tanto como la de un buque depende del oleaje; casi setenta años después, sigue siendo el corazón de la mayoría de los routers de vela.

Un ordenador hace lo mismo, mucho más fino. Desde la salida prueba un abanico de rumbos, cada cinco o diez grados en todo el horizonte; en cada uno lee el viento en ese lugar y en ese instante, encuentra la velocidad del barco en la polar y hace avanzar el barco un paso de tiempo, diez minutos o una hora. Los puntos alcanzados forman la primera isócrona. Desde cada uno de ellos vuelve a probar el abanico, y así sucesivamente, paso tras paso: el frente se extiende como una onda en un estanque, deprisa donde el barco va rápido, despacio donde falta el viento, y se enrosca alrededor de un cabo como el mar de fondo alrededor de un espigón. La imagen no es casual: es el principio de Huygens para las ondas, en el que cada punto de un frente se convierte en la fuente del siguiente. Cuando el frente alcanza la llegada, el ordenador, que ha anotado para cada punto de cuál procede, sigue ese hilo hasta la salida: ese hilo es la ruta.

Dejado a su suerte, el método se ahogaría en sus propios puntos: treinta y seis rumbos desde cada uno de treinta y seis puntos dan ya 1296 tras dos pasos, y casi 1,7 millones tras cuatro. Por eso un router poda el frente en cada paso y solo conserva los puntos que todavía pueden llevar a alguna parte. La forma clásica, que Hideki Hagiwara adaptó al cálculo por ordenador en Delft a finales de los años ochenta, divide la zona alrededor de la salida en sectores estrechos y conserva en cada uno solo el punto más avanzado; además libra al método original de sus bucles, cuando el frente se repliega sobre sí mismo detrás de un obstáculo. Otros routers conservan, en cada celda de una malla tendida sobre el mar, el punto más cercano a la llegada. Los ajustes de esta poda, con el paso de tiempo y la separación entre rumbos, deciden lo que un router puede ver: demasiado gruesos, y corta un canal o se pierde un role del viento; demasiado finos, y el cálculo se alarga por una precisión que la previsión no puede justificar.

Las isócronas no son el único camino. Tendido sobre el mar como una red de puntos, el problema se convierte en la búsqueda del camino más corto en un grafo, la que resuelven el algoritmo de Dijkstra, publicado en 1959, y su heredero A*, o en un problema de programación dinámica, resuelto etapa por etapa; los routers de buques los usan para elegir la velocidad además del trayecto, y ahorrar combustible. El cálculo de variaciones y el control óptimo, el camino del propio Zermelo, escriben el mejor rumbo como una ecuación que hay que resolver a lo largo de la ruta: elegante, pero frágil en cuanto entran en juego la tierra y los bajos. Los algoritmos genéticos y evolutivos hacen nacer y cruzan miles de rutas candidatas para conciliar varios objetivos a la vez, el tiempo, el combustible y la seguridad. Una revisión de estos métodos por investigadores del centro Fraunhofer de logística marítima concluye que ninguno gana en todos los casos: el mejor depende del objetivo, de lo que se puede controlar, de las restricciones y del cuidado puesto en programarlo. Para un velero, cuyo único mando es el rumbo, las isócronas siguen siendo la referencia.

La corriente cambia algo más que la velocidad sobre el fondo. Un barco navega en el viento que siente sobre el agua, y en una corriente ese viento es el viento previsto, que sopla respecto al fondo, menos la corriente. Con viento contra corriente, la brisa sobre el agua refresca y la mar se encrespa; con viento y corriente en el mismo sentido, amaina. Un router cuidadoso lee por tanto la polar con el viento sobre el agua, lo que da la velocidad del barco sobre el agua, y luego suma la corriente como un vector para saber adónde va el barco sobre el fondo. Los modelos oceánicos, como los de Copernicus Marine o de la NOAA, dan la corriente en mallas de unos nueve kilómetros: suficiente para la corriente del Golfo o la de Agulhas, no para la corriente de marea de un paso estrecho entre dos islas, donde un atlas de corrientes o las predicciones oficiales tienen la última palabra.

La tierra es la restricción más dura, y el lugar donde un router miente más a menudo. Una ruta no debe cruzarla ni varar: cada tramo se comprueba contra una línea de costa, o contra una malla de profundidades con el calado y un margen. Cuanto más fina es la carta, más puede la ruta ceñirse a la costa; sobre una línea de costa dibujada al kilómetro, un canal se cierra y un cabo ofrece un atajo entre sus rocas. Las profundidades se leen respecto al cero hidrográfico o al nivel medio del mar, y la marea, que una carta fija no ve, añade agua sobre el cero hidrográfico pero puede quitarla por debajo del nivel medio. Luego vienen las reglas del mar: los dispositivos de separación del tráfico, las zonas restringidas y, en las regatas oceánicas, las zonas que la regata prohíbe, como la zona de exclusión que las vueltas al mundo trazan alrededor de la Antártida. Un router que las ignora traza un trayecto que el patrón no puede seguir.

Una polar no sabe nada de maniobras, ni del mar. Una virada le cuesta unos segundos a una tripulación de regata y varios minutos a una tripulación de crucero reducida; una trasluchada con mucho viento cuesta más y supone un riesgo. Muchos routers cargan a cada una un tiempo, para que la ruta deje de hacer zigzag por ganar unos metros. Una mar de fondo o una marejada corta frenan a un barco en ceñida mucho más de lo que dice su polar, y algunos routers reducen la polar con la altura del mar. La seguridad, por último, fija límites que ninguna ganancia de tiempo justifica: un viento en el que no navegar, una mar que no tomar de través, un ángulo que no mantener en popa cerrada en un temporal. La investigación lo llama enrutamiento multicriterio, que sopesa la velocidad frente a la seguridad y la comodidad; un patrón lo llama marinería.

La mejor ruta en una previsión vale lo que la previsión. La atmósfera es caótica: dos estados que apenas difieren divergen al cabo de unos días, y una borrasca prevista para el jueves puede pasar cien millas más al norte o más al sur. Los centros de predicción miden esa duda con conjuntos: el ECMWF ejecuta su modelo 51 veces en cada pasada, un control y 50 miembros cuyo estado inicial y física se alteran ligeramente, en una malla de unos nueve kilómetros. Enrutar cada miembro da, en lugar de una línea, un haz de rutas: donde siguen juntas el plan es sólido, donde se abren la duda es real, y la proporción de miembros en cada opción da sus probabilidades. Comparar las rutas de varios modelos, cada uno partido de su propio análisis, hace lo mismo de forma más tosca. Repetir por último la ruta para cada hora de salida durante varios días convierte el enrutamiento en la elección de una ventana meteorológica.

Una ruta es una estrategia, no una línea que seguir a la caña. Los modelos vuelven a ejecutarse cada seis o doce horas, alimentados con observaciones nuevas, y la pasada siguiente puede desplazar la misma borrasca en torno a la cual se construyó la ruta: un buen navegante vuelve a enrutar en cada pasada y observa cómo cambia la ruta de una pasada a otra con tanta atención como la ruta misma. En el mar, la previsión se contrasta con lo que el barco encuentra: el barómetro, el viento en los instrumentos, el viento sobre el mar que los dispersómetros miden desde los satélites. Cuando el viento encontrado se aparta del previsto, el modelo que lo vio venir merece más confianza, y la ruta que traza su viento más peso.

Leer bien una ruta es saber por qué pasa por donde pasa. Las isócronas lo dicen: donde se aprietan el barco avanza despacio, donde se abren avanza rápido, y una ruta que se aleja mucho de la línea directa va a buscar un viento o una corriente que valen las millas de más. Una ruta que se da la vuelta cuando la salida se mueve una hora, o de un modelo a otro, descansa sobre un equilibrio delicado entre dos opciones: la elección sensata suele ser la que pierde poco pase lo que pase, no la que más gana si todo sale según lo previsto. Y la línea más útil de la carta es a veces la escapatoria: un puerto donde refugiarse si el frente llega antes.

Saily WR sigue estas reglas, y dice dónde se detiene. Calcula por el método de las isócronas: en cada paso prueba 36 rumbos, cada 10°, el viento interpolado en el espacio y en el tiempo, la velocidad del barco leída en su polar, elegida entre unas 22.400, certificados ORC incluidos, y multiplicada por su rendimiento. En cada celda de una malla conserva el punto más cercano a la llegada, y descarta las celdas que un paso anterior ya alcanzó, como lo haría una búsqueda del camino más corto; el paso de tiempo se deduce de la distancia del trayecto, para un centenar de isócronas, desde un minuto para una regata costera hasta seis horas para una travesía oceánica. En una corriente, SMOC o RTOFS, la polar se lee con el viento sobre el agua y la corriente arrastra el barco sobre el fondo; cada tramo se comprueba contra la línea de costa de OpenStreetMap, o contra las profundidades de EMODnet y GEBCO con la profundidad mínima que usted fije, y con viento flojo el motor del barco puede tomar el relevo. Sobre todo, en lugar de una sola previsión, enruta con cada uno de sus 21 modelos que cubre el trayecto, uno al lado del otro: donde sus rutas coinciden la previsión es firme, donde divergen la duda es real.

Todavía no hace todo lo que conoce el arte. Sus rutas no cargan ningún tiempo a una virada o una trasluchada, leen la misma polar sea cual sea el mar, y cruzan los dispositivos de separación del tráfico y las zonas de regata como si no existieran. Las rachas y las olas se muestran a lo largo de la ruta, nunca se usan para calcularla. No enruta ningún miembro de un conjunto y no busca la mejor salida: para sopesar una ventana, vuelva a calcular una hora o un día después. Sus profundidades no incluyen la marea, y sus corrientes, de unos nueve kilómetros, no dicen la corriente de un paso estrecho. Nada de esto se oculta, y nada de esto sustituye al patrón: un router encuentra la ruta más rápida en una previsión, la ruta que se navega sigue siendo una decisión de marino, tomada con la carta, el barómetro y el cielo.