Os pesquisadores da Brown University fizeram uma visão importante sobre como os modelos oceânicos de alta resolução simulam a dissipação da turbulência no oceano global. Sua pesquisa, publicado em Cartas de revisão física , pode ser útil no desenvolvimento de novos modelos climáticos que capturem melhor a dinâmica dos oceanos.

O estudo foi focado em uma forma de turbulência conhecida como redemoinhos de mesoescala, o oceano gira em uma escala de dezenas a centenas de quilômetros de extensão que duram de um mês a um ano. Esses tipos de redemoinhos podem se desprender de fortes correntes de fronteira, como a Corrente do Golfo, ou forma onde fluxos de água de diferentes temperaturas e densidades entram em contato.

"Você pode pensar nisso como o clima do oceano, "disse Baylor Fox-Kemper, co-autor do estudo e professor associado do Departamento da Terra de Brown, Ciências Ambientais e Planetárias. "Como tempestades na atmosfera, esses redemoinhos ajudam a distribuir energia, cordialidade, salinidade e outras coisas ao redor do oceano. Portanto, compreender como eles dissipam sua energia nos dá uma imagem mais precisa da circulação do oceano. "

A teoria tradicional de como a turbulência em pequena escala dissipa a energia afirma que, à medida que um redemoinho se extingue, ele transmite sua energia para escalas cada vez menores. Em outras palavras, grandes redemoinhos decaem em redemoinhos cada vez menores até que toda a energia seja dissipada. É uma teoria bem estabelecida que faz previsões úteis que são amplamente utilizadas em dinâmica de fluidos. O problema é que não se aplica a redemoinhos de mesoescala.

"Essa teoria só se aplica a redemoinhos em sistemas tridimensionais, "Fox-Kemper disse." Os redemoinhos de mesoescala estão na escala de centenas de quilômetros de diâmetro, no entanto, o oceano tem apenas quatro quilômetros de profundidade, o que os torna essencialmente bidimensionais. E sabemos que a dissipação funciona de maneira diferente em duas dimensões do que em três. "

Em vez de se dividir em redemoinhos cada vez menores, Fox-Kemper diz, redemoinhos bidimensionais tendem a se fundir em outros cada vez maiores.

"Você pode ver se você arrastar o dedo suavemente sobre uma bolha de sabão, "ele disse." Você deixa para trás essa sequência ondulante que fica cada vez maior com o tempo. Os redemoinhos de mesoescala no oceano global funcionam da mesma maneira. "

Essa transferência de energia em escala superior não é tão bem compreendida matematicamente quanto a dissipação em escala inferior. Isso é o que Fox-Kemper e Brodie Pearson, um cientista pesquisador da Brown, queria fazer com este estudo.

Eles usaram um modelo oceânico de alta resolução que demonstrou fazer um bom trabalho em combinar observações diretas de satélite do sistema oceânico global. A alta resolução do modelo significa que ele é capaz de simular redemoinhos da ordem de 100 quilômetros de diâmetro. Pearson e Fox-Kemper queriam examinar em detalhes como o modelo lidava com a dissipação de turbilhões em termos estatísticos.

“Executamos cinco anos de circulação oceânica no modelo, e medimos o amortecimento de energia em cada ponto da rede para ver quais são as estatísticas, "Fox-Kemper disse. Eles descobriram que a dissipação seguiu o que é conhecido como uma distribuição log-normal - uma em que uma cauda da distribuição domina a média.

"Existe a velha piada de que se você tem 10 pessoas normais em uma sala e Bill Gates entra, todo mundo fica um bilhão de dólares mais rico em média - essa é uma distribuição lognormal, "Fox-Kemper disse." O que isso nos diz em termos de turbulência é que 90% da dissipação ocorre em 10% do oceano. "

Fox-Kemper observou que a dissipação em escala inferior de redemoinhos 3-D também segue uma distribuição lognormal. Portanto, apesar da dinâmica inversa, "há uma transformação equivalente que permite prever a lognormalidade em sistemas 2-D e 3-D."

Os pesquisadores dizem que este novo insight estatístico será útil no desenvolvimento de simulações oceânicas de granulação grossa que não são tão caras do ponto de vista computacional como o usado neste estudo. Usando este modelo, os pesquisadores demoraram dois meses usando 1, 000 processadores para simular apenas cinco anos de circulação oceânica.

"Se você quiser simular centenas, milhares ou anos, ou se você quiser algo que você pode incorporar em um modelo climático que combina a dinâmica do oceano e atmosférica, você precisa de um modelo mais granulado ou é apenas computacionalmente intratável, "Disse Fox-Kemper." Se entendermos as estatísticas de como os redemoinhos de mesoescala se dissipam, we might be able to bake those into our coarser-grained models. Em outras palavras, we can capture the effects of mesoscale eddies without actually simulating them directly."

The results could also provide a check on future high-resolution models.

"Knowing this makes us much more capable of figuring out if our models are doing the right thing and how to make them better, " Fox-Kemper said. "If a model isn't producing this lognormality, then it's probably doing something wrong."