Com a temporada de tornados se aproximando rapidamente ou já em andamento em estados vulneráveis ​​em todos os EUA, novas simulações de supercomputadores estão dando aos meteorologistas uma visão sem precedentes da estrutura de monstruosas tempestades e tornados. Uma dessas simulações recentes recria uma tempestade supercélula produtora de tornados que deixou um rastro de destruição nas Grandes Planícies Centrais em 2011.

A pessoa por trás dessa simulação é Leigh Orf, um cientista do Instituto Cooperativo de Estudos de Satélites Meteorológicos (CIMSS) da Universidade de Wisconsin-Madison. Ele lidera um grupo de pesquisadores que usa modelos de computador para desvendar as partes móveis dentro dos tornados e as supercélulas que os produzem. A equipe desenvolveu experiência na criação de visualizações aprofundadas de supercélulas e no discernimento de como elas se formam e, por fim, geram tornados.

O trabalho é particularmente relevante porque os EUA lideram a contagem global de tornados com mais de 1, 200 touchdowns anualmente, de acordo com a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional.

Em maio de 2011, vários tornados pousaram na paisagem de Oklahoma em um curto período, assembléia de quatro dias de tempestades. Um após o outro, as supercélulas geraram nuvens de funil que causaram danos materiais significativos e perda de vidas. Em 24 de maio, um tornado em particular - o "El Reno" - registrado como EF-5, a categoria de tornado mais forte na escala Enhanced Fujita. Permaneceu no solo por quase duas horas e deixou um caminho de destruição de 102 quilômetros de extensão.

A simulação mais recente de Orf recria o tornado El Reno, revelando em alta resolução os numerosos "mini-tornados" que se formam no início do tornado principal. Conforme a nuvem de funil se desenvolve, eles começam a se fundir, adicionando força ao tornado e intensificando a velocidade do vento. Eventualmente, novas estruturas se formam, incluindo o que Orf se refere como a corrente de vorticidade streamwise (SVC).

"O SVC é feito de ar resfriado pela chuva que é sugado pela corrente de ar que impulsiona todo o sistema, "diz Orf." Acredita-se que esta é uma parte crucial para manter a tempestade invulgarmente forte, mas curiosamente, o SVC nunca faz contato com o tornado. Em vez, ele flui para cima e ao redor dele. "

Usando dados de observação do mundo real, a equipe de pesquisa foi capaz de recriar as condições climáticas presentes no momento da tempestade e testemunhar as etapas que levaram à criação do tornado. Os dados arquivados, tirado de uma previsão de modelo operacional de curto prazo, estava na forma de um som atmosférico, um perfil vertical de temperatura, pressão do ar, velocidade do vento e umidade. Quando combinados da maneira certa, esses parâmetros podem criar as condições adequadas para a formação de tornado, conhecido como tornadogênese.

De acordo com Orf, produzir um tornado requer algumas partes "não negociáveis", incluindo umidade abundante, instabilidade e cisalhamento do vento na atmosfera, e um gatilho que move o ar para cima, como uma diferença de temperatura ou umidade. Contudo, a mera existência dessas partes em combinação não significa que um tornado seja inevitável.

"Na natureza, não é incomum que as tempestades tenham o que entendemos ser todos os ingredientes certos para a tornadogênese e então nada acontece, "diz Orf." Caçadores de tempestades que rastreiam tornados estão familiarizados com a imprevisibilidade da natureza, e nossos modelos mostraram se comportar de maneira semelhante. "

Orf explica que, ao contrário de um programa de computador típico, onde o código é escrito para fornecer resultados consistentes, modelagem neste nível de complexidade tem variabilidade inerente, e, de certa forma, ele acha isso encorajador, já que a atmosfera real exibe essa variabilidade, também.

A modelagem bem-sucedida pode ser limitada pela qualidade dos dados de entrada e pelo poder de processamento dos computadores. Para alcançar maiores níveis de precisão nos modelos, recuperar dados sobre as condições atmosféricas imediatamente antes da formação do tornado é ideal, mas continua sendo uma tarefa difícil e potencialmente perigosa. Com a complexidade dessas tempestades, pode haver fatores sutis (e atualmente desconhecidos) na atmosfera que influenciam se uma supercélula forma ou não um tornado.

Resolver digitalmente uma simulação de tornado até um ponto em que os detalhes são precisos o suficiente para render informações valiosas requer um poder de processamento imenso. Felizmente, Orf ganhou acesso a um supercomputador de alto desempenho, projetado especificamente para lidar com necessidades de computação complexas:o Supercomputador Blue Waters no National Center for Supercomputing Applications da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign

No total, a simulação do EF-5 levou mais de três dias de execução. Em contraste, levaria décadas para que um computador desktop convencional concluísse esse tipo de processamento.

Olhando para a frente, Orf está trabalhando na próxima fase desta pesquisa e continua a compartilhar as descobertas do grupo com cientistas e meteorologistas de todo o país. Em janeiro de 2017, a pesquisa do grupo foi capa do Bulletin of the American Meteorological Society.

"Concluímos a simulação EF-5, mas não pretendemos parar por aí, "diz Orf." Vamos continuar a refinar o modelo e continuar a analisar os resultados para entender melhor esses sistemas perigosos e poderosos. "