O Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCAR) lançou uma versão atualizada de seu modelo climático principal para incluir uma série de novos recursos - desde uma representação muito mais realista da camada de gelo em evolução da Groenlândia até a capacidade de modelar em detalhes como as culturas interagem com o sistema terrestre maior à adição de ondas impulsionadas pelo vento na superfície do oceano do modelo.

O Community Earth System Model versão 2 (CESM2) é um modelo de computador comunitário de código aberto amplamente financiado pela National Science Foundation, que é o patrocinador do NCAR, e o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.

Lançado publicamente na semana passada, CESM2 baseia-se em uma sucessão de modelos climáticos, cada vanguarda para o seu dia, remontando a décadas até uma época em que seu software apenas simulava a circulação atmosférica. Por comparação, CESM2 inclui interações entre os terrenos, oceano, atmosfera, gelo terrestre, e o gelo do mar, representando as muitas maneiras importantes como as diferentes partes do sistema terrestre interagem.

"A amplitude das questões científicas que podemos enfrentar expandiu-se significativamente; isso é muito empolgante para mim, "disse Jean-François Lamarque, que liderou o esforço para desenvolver o CESM2 até recentemente. “Cada vez que lançamos um novo modelo, fornecemos uma ferramenta melhor para fazer ciência. É uma ferramenta mais complicada, mas o mundo é muito complicado. "

Os novos recursos do CESM2 incluem:

• Um componente do modelo atmosférico que incorpora melhorias significativas em suas representações de turbulência e convecção, que abrem o caminho para uma análise de como esses processos de pequena escala podem impactar o clima.
• Capacidade aprimorada de simular modos de variabilidade tropical que podem abranger as estações e afetar os padrões climáticos globais, incluindo precipitação extrema sobre o oeste dos Estados Unidos. Essas representações mais realistas permitirão aos pesquisadores compreender melhor essas conexões e podem levar a melhores previsões sazonais.
• Um componente de modelo de manto de gelo terrestre para a Groenlândia que pode simular a forma complexa como o manto de gelo se move - lento no meio e muito mais rápido perto da costa - e faz um trabalho melhor de simular a quebra do gelo no oceano.
• Um componente do modelo de cultivo global que pode simular como as terras agrícolas afetam o clima regional, incluindo os impactos do aumento da irrigação, e como a mudança do clima afetará a produtividade das colheitas. O componente também permite que os cientistas explorem os impactos do aumento do uso de fertilizantes e maiores concentrações de dióxido de carbono atmosférico, que pode estimular o crescimento das plantas.
• Um componente do modelo de onda que simula como o vento cria ondas no oceano, um mecanismo importante para a mistura do oceano superior, o que, por sua vez, afeta o quão bem o modelo representa as temperaturas da superfície do mar.
• Um componente de modelo de rio atualizado que simula fluxos de superfície em encostas e afluentes antes de entrar no canal do rio principal. Ele também simula a velocidade da água conforme ela se move através do canal, junto com a profundidade da água.
• Um novo conjunto de utilitários de infraestrutura que fornecem muitos novos recursos para facilitar a portabilidade, geração de casos e personalização do usuário, funcionalidade de teste, e muito maior robustez e flexibilidade.

Uma lista completa de atualizações com mais descrições técnicas pode ser encontrada em http://www.cesm.ucar.edu/models/cesm2/whatsnew.html.

Orientado pela comunidade, continuamente melhorado

O trabalho no CESM2 começou para valer há cerca de cinco anos, mas os cientistas começaram a pensar em como melhorar o modelo assim que o CESM1 foi lançado em 2010. Não é diferente com o CESM2.

"Já começamos a pensar no que podemos melhorar para o CESM3, "Lamarque disse." Nós sabemos, por exemplo, que queremos tornar o modelo do oceano melhor para expandir o tipo de questões científicas que ele pode ser usado para responder. "

A colaboração e a contribuição da comunidade científica do sistema terrestre mais ampla sempre estiveram no centro do complexo desenvolvimento do modelo facilitado pelo NCAR. Por exemplo, o componente de modelo de terreno do novo CESM2 aproveitou a experiência de mais de 50 pesquisadores em 16 instituições diferentes.

CESM, que está disponível gratuitamente, é uma ferramenta importante para pesquisadores da ciência do sistema terrestre nos Estados Unidos e no mundo que estão estudando de tudo, desde a previsibilidade de secas sazonais até o aumento acelerado do nível do mar. O modelo baseado no NCAR é um dos cerca de uma dúzia de modelos climáticos líderes em todo o mundo que os cientistas usam para pesquisar as mudanças climáticas e contribuir com o que encontram para o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas.

Porque o sistema terrestre é tão complicado, e os recursos de computação são tão limitados, os modelos de computador usados ​​para simular como o clima da Terra se comporta usam uma mistura de equações que realmente representam a física, biologia, e a química por trás dos processos que se desdobram no sistema terrestre - da evaporação à formação de ozônio, do desmatamento ao derretimento do gelo marinho - e "parametrizações, "que simplificam os processos de pequena escala e estimam seus impactos.

"O CESM2 representa muito mais da física do que os modelos anteriores, e estamos fazendo um trabalho muito melhor nisso, "disse o cientista-chefe da CESM, Gokhan Danabasoglu, que agora está liderando o esforço de desenvolvimento do modelo. "Existem vários novos recursos em todos os modelos de componentes, bem como melhorias significativas na infraestrutura para flexibilidade e portabilidade mais fácil."

Essas equações aprimoradas permitem que o modelo faça um trabalho ainda melhor, reproduzindo o mundo real.

"O modelo é o nosso laboratório - o único laboratório que temos ao estudar o clima, "Lamarque disse." Então, tem que estar perto o suficiente do mundo real para ser relevante. "