Em 11 de dezembro, 2014, um trem de carga de uma tempestade percorreu grande parte da Califórnia, inundando a área da baía de São Francisco com sete centímetros de chuva em apenas uma hora. A tempestade foi alimentada pelo que os meteorologistas chamam de "Expresso do Abacaxi" - um rio atmosférico de umidade que sobe sobre as águas tropicais do Pacífico e se espalha para o norte com a corrente de jato.

À noite, chuva recorde havia causado deslizamentos de terra, inundações, e quedas de energia em todo o estado. A tempestade, que tem sido chamada de "tempestade da década da Califórnia, "está entre os eventos de precipitação mais extremos do estado na história recente.

Agora, os cientistas do MIT descobriram que esses eventos extremos de precipitação na Califórnia devem se tornar mais frequentes à medida que o clima da Terra esquenta ao longo deste século. Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica que prevê a frequência do local, eventos extremos de chuva, identificando padrões de grande escala reveladores em dados atmosféricos. Para a Califórnia, eles calcularam isso, se as temperaturas médias mundiais subirem 4 graus Celsius até o ano 2100, o estado experimentará mais três eventos extremos de precipitação do que a média atual, por ano.

Os pesquisadores, que publicaram seus resultados no Journal of Climate , dizem que sua técnica reduz significativamente a incerteza das previsões de tempestades extremas feitas por modelos climáticos padrão.

"Uma das lutas é, os modelos climáticos grosseiros produzem uma ampla gama de resultados. [Precipitação] pode aumentar ou diminuir, "diz Adam Schlosser, cientista pesquisador sênior do Programa Conjunto do MIT sobre Ciência e Política de Mudança Global. "O que nosso método diz a você é, para a Califórnia, estamos muito confiantes de que [as fortes precipitações] aumentarão até o final do século. "

A pesquisa foi liderada por Xiang Gao, um cientista pesquisador no Programa Conjunto sobre Ciência e Política de Mudança Global. Os co-autores do artigo incluem Paul O'Gorman, professor associado da terra, atmosférico, e ciências planetárias; Erwan Monier, cientista pesquisador principal do Programa Conjunto; e Dara Entekhabi, Professor de Engenharia Civil e Ambiental da Bacardi Stockholm Water Foundations.

Conexão em grande escala

Atualmente, os pesquisadores estimam a frequência de eventos locais de precipitação pesada principalmente usando informações de precipitação simuladas de modelos climáticos globais. Mas esses modelos normalmente realizam cálculos complexos para simular processos climáticos em centenas e até milhares de quilômetros. Em uma resolução tão grosseira, é extremamente difícil para esses modelos representar adequadamente recursos em pequena escala, como convecção de umidade e topografia, que são essenciais para fazer previsões precisas de precipitação.

Para obter uma imagem melhor de como eventos futuros de precipitação podem mudar região por região, Gao decidiu se concentrar não na precipitação simulada, mas nos padrões atmosféricos em grande escala, quais modelos climáticos são capazes de simular de forma muito mais confiável.

"Na verdade, descobrimos que há uma conexão entre o que os modelos climáticos fazem muito bem, que é para simular movimentos em grande escala da atmosfera, e local, eventos de precipitação pesada, "Schlosser diz." Podemos usar essa associação para saber com que frequência esses eventos estão ocorrendo agora, e como eles vão mudar localmente, como na Nova Inglaterra, ou a Costa Oeste. "

Instantâneos do tempo

Embora as definições variem para o que é considerado um evento de precipitação extrema, neste caso, os pesquisadores definiram tal evento como estando entre os 5% superiores dos valores de precipitação de uma região em uma determinada estação, durante períodos de quase três décadas. Eles concentraram sua análise em duas áreas:Califórnia e meio-oeste, regiões que geralmente experimentam quantidades relativamente altas de precipitação no inverno e no verão, respectivamente.

Para ambas as regiões, a equipe analisou características atmosféricas em grande escala, como correntes de vento e teor de umidade, de 1979 a 2005, e anotou seus padrões a cada dia em que ocorria precipitação extrema. Usando análise estatística, os pesquisadores identificaram padrões reveladores nos dados atmosféricos que estavam associados a fortes tempestades.

"Basicamente, tiramos instantâneos de todas as informações meteorológicas relevantes, e encontramos uma imagem comum, que é usada como nossa bandeira vermelha, "Schlosser explica." Quando examinamos simulações históricas de um conjunto de modelos climáticos de última geração, marcamos cada vez que vemos esse padrão. "

Usando o novo esquema, a equipe foi capaz de reproduzir coletivamente a frequência de eventos extremos que foram observados ao longo do período de 27 anos. Mais importante, os resultados são muito mais precisos do que aqueles baseados em precipitação simulada dos mesmos modelos climáticos.

"Nenhum dos modelos chega nem perto das observações, "Diz Gao." E independentemente da combinação de variáveis ​​atmosféricas que usamos, os novos esquemas eram muito mais próximos das observações. "

"Informações acionáveis"

Amparado por seus resultados, a equipe aplicou sua técnica a padrões atmosféricos de larga escala de modelos climáticos para prever como a frequência de fortes tempestades pode mudar em um clima de aquecimento na Califórnia e no meio-oeste no próximo século. Eles analisaram cada região sob dois cenários climáticos:um caso "business as usual", em que o mundo está projetado para aquecer 4 graus Celsius até 2100, e um caso baseado em políticas, em que as políticas ambientais globais que regulam os gases de efeito estufa devem manter o aumento da temperatura em 2 graus Celsius.

Para cada cenário, a equipe sinalizou aqueles padrões atmosféricos modelados em grande escala que eles determinaram estar associados a fortes tempestades. No meio-oeste, ocorrências anuais de precipitação extrema no verão diminuíram ligeiramente em ambos os cenários de aquecimento, embora os pesquisadores digam que os resultados não são isentos de incerteza.

Para a Califórnia, o quadro é muito mais claro:no cenário mais intenso de aquecimento global, o estado experimentará mais três eventos extremos de precipitação por ano, na ordem da tempestade de dezembro de 2014. No cenário baseado em políticas, Schlosser diz que "essa tendência foi cortada pela metade".

A equipe agora está aplicando sua técnica para prever mudanças nas ondas de calor de um clima que aquece globalmente. Os pesquisadores estão procurando padrões nos dados atmosféricos que se correlacionam com as ondas de calor anteriores. Se eles puderem prever de forma mais confiável a frequência das ondas de calor no futuro, Schlosser diz que isso pode ser extremamente útil para a manutenção de longo prazo de redes de energia e transformadores.

"Essas são informações acionáveis, "Schlosser diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.