Ian N. Williams é um cientista pesquisador do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), onde ele é o principal investigador em um programa chamado Acoplamento Terra-Atmosfera e Convecção no Ciclo da Água.

Mais amplamente, sua pesquisa envolve muitos tópicos dentro do mundo da ciência atmosférica. Entre as publicações do primeiro autor de Williams estão estudos de radiação solar e trigo de inverno, eventos de vórtice polar, e convecção tropical e nuvens - um interesse recorrente desde que concluiu sua dissertação sobre o assunto na Universidade de Chicago (Ph.D., 2012).

Recentemente, Contudo, Williams passa muito tempo no projeto de interação terra-atmosfera, que é patrocinado pela Atmospheric System Research (ASR), um programa do Departamento de Energia dos EUA. (No site LBNL, seu projeto ASR é combinado com outro sobre forçamento radiativo.)

As interações terra-atmosfera eram lideradas anteriormente pela cientista sênior Margaret Torn, com quem Williams e sete outros pesquisadores trabalham no domínio do programa Biosfera-Atmosfera de Torn. Esse é um braço da Divisão de Clima e Ciências do Ecossistema do LBNL. Além da pesquisa ASR, trata da modelagem climática e da ciência do ecossistema terrestre.

Entre outras atividades, Williams e sua equipe de projeto estão trabalhando em maneiras de melhorar os modelos preditivos do sistema terrestre, aprimorando as representações da forma como os processos terrestres (incluindo o carbono, agua, e ciclos de energia) vinculam-se às nuvens, radiação e precipitação.

"As superfícies da terra têm influências no clima que temos que acertar, " ele diz.

Índice de área da folha

Em parte, acertar essas influências requer entrar nas ervas daninhas - literalmente. Isso é, compreender o papel da vegetação nas interações terra-atmosfera - ou, De forma geral, seu papel no ciclo da água.

Anteriormente, pensava-se que a umidade do solo era o principal impulsionador das variações na fração evaporativa, uma proporção que mede como a energia é "dividida" sobre as superfícies da terra entre o calor latente e o calor sensível. Pode ser usado para inferir o balanço energético diário, um parâmetro importante em modelos climáticos.

Williams uma vez deu uma palestra intitulada "Colocando a Terra de Volta nas Interações Terra-Atmosfera, "o ponto é, ele diz, "que, sem considerar a vegetação, você não está realmente conseguindo as interações."

Em um artigo de 2015 que Williams chama de "fundamental, "ele e Torn defendem uma nova métrica que gira principalmente no índice de área foliar (IAF) e na absorção de dióxido de carbono em vez da umidade do solo como um correlato da fração evaporativa.

LAI é usado para quantificar o dossel das plantas. Também é útil na previsão da evapotranspiração, que afeta o balanço de energia da superfície da terra.

"Revisamos o que controla o fluxo de calor na superfície, "disse Williams do jornal, e descobriu "que é afetado por mais coisas do que a umidade do solo, "incluindo transpiração e fotossíntese.

Williams também foi o autor principal em um artigo subsequente de 2016 com Torn e outros. Eles testaram a ideia do LAI em uma versão do Modelo do Sistema Terrestre da Comunidade do National Center for Atmospheric Research e mostraram que representar melhor a vegetação melhorava a acuidade preditiva do modelo em relação à temperatura e precipitação.

Melhorias nos modelos de superfície terrestre, eles concluíram, pode melhorar a previsão de extremos climáticos.

"Os modelos são muito restritos pela umidade do solo" apenas, diz Williams, "que tem impactos na previsão do clima."

Para um, ele diz, se a evaporação da umidade da superfície for "erroneamente baixa, que pode levar a um viés de previsão, (incluindo) temperaturas muito altas. "

O próximo artigo relacionado da Williams-Torn, agora em revisão, olha mais especificamente para os impactos deste novo esquema de modelo em previsões de nuvens convectivas e precipitação em escalas sazonais.

Interpretando Fluxos de Carbono

Williams ainda estava na pós-graduação quando, ao longo de dois verões (2006 e 2009), trabalhou no LBNL como assistente de pesquisa. Rasgado estava lá, junto com dois outros cientistas que seriam futuros co-autores:o especialista em ecossistemas terrestres William Riley e Sebastien Biraud, cuja especialidade é observar e medir gases traço atmosféricos.

"Foi aí que eu realmente aprendi sobre o ciclo do carbono e sobre como colocar a fotossíntese em modelos de sistemas terrestres, "ele diz." Tive a sorte de ter essa exposição logo no início. "

Williams voltou como bolsista de pós-doutorado (2012-2016) após seu doutorado. trabalho em convecção tropical. Mas ele trouxe algo mais com ele do Departamento de Ciências Geofísicas da Universidade de Chicago:uma apreciação pelo trabalho interdisciplinar.

Seu orientador de dissertação, Raymond Pierrehumbert, agora professor de física da Universidade de Oxford, "me ensinou a importância de pensar sobre o clima como um sistema acoplado, "diz Williams, "e como você pode estar errado se não adotar uma abordagem sistêmica e, em vez disso, olhar para a insolação de um componente. É essa perspectiva sistêmica que dá ao trabalho interdisciplinar sua importância para mim."

Enquanto Williams teve essa lição como um Ph.D. aluna, ele também cultivou um interesse por problemas em geologia e paleoclima.

"Você não pode separar a geologia da biologia nessas escalas de tempo, " ele diz, "e isso sempre esteve em minha mente - a importância da biologia."

Modelos de superfície terrestre, Um novo

Essa ampla experiência intelectual durante o doutorado. estudos prepararam Williams muito bem - não apenas para as questões que ele foi apresentado no LBNL (interpretando gases traço e fluxos de carbono) - mas também para uma transição para o que ele chama de "a terceira geração de modelos de superfície terrestre".

Essa transição começou por volta de 2005, diz Williams. “Foi a primeira vez que as plantas foram incluídas nos modelos climáticos de forma mecanicista, contabilizando os ciclos acoplados de carbono e água, "graças ao trabalho pioneiro de Joseph Berry, um especialista em interações biosfera-atmosfera agora no Carnegie Institution for Science. (Williams interagiu com ele durante seu primeiro verão no laboratório de Torn em 2005.)

Ainda hoje, ele adiciona, "esses tipos de modelos são muito novos. Não exploramos todas as incertezas e consequências para o clima."

Ainda, é impossível separar o clima do ciclo do carbono em escalas decadais.

"É uma perspectiva necessária, "diz Williams - um reconhecimento, para um, que com o tempo as florestas podem se transformar em pastagens, "o que teria um efeito de primeira ordem no ciclo da água. Os modelos atmosféricos que estamos desenvolvendo precisam ser robustos para essas mudanças. Não podemos simplesmente ajustar os modelos para a superfície terrestre de hoje."

É um trabalho importante.

“O simples fato é que o clima é afetado pela superfície da terra por causa dos fluxos de água e energia na interface terra-atmosfera, "diz Williams - em uma interação de umidade do solo, tipos de plantas, e a altura do dossel da planta, que pode ser de centímetros a centenas de pés.

Todas essas interações também fazem parte do problema de parametrização da nuvem convectiva.

"A convecção é o resultado de uma sequência, uma cadeia de processos, ", diz ele." É importante acertar cada elo desta corrente. "

Observando o tempo

Na época em que ele começou o ensino médio, Williams e sua família se mudaram do subúrbio da Filadélfia (onde viveu a épica Blizzard de 1993) para o subúrbio de Kansas City, Kansas, "onde apenas alguns meses depois de chegarmos lá, as sirenes de tornado dispararam. O tempo estava muito diferente. "

Quando a primeira célula de tempestade estava passando por sua cidade, Williams se abrigou em um quarto no porão, onde assistiu ao drama se desenrolar em uma velha TV em preto e branco. "Ainda me lembro de como era o eco do radar, " ele diz.

Pessoas em Kansas sabem o tempo, preocupa-se com isso, preste atenção nisso, e conhecer a linguagem, ele diz. "Jatos de baixo nível, sistemas convectivos. As pessoas têm muito conhecimento. "

Logo Williams também estava. Aos 15 anos, ele rastreava dados do Serviço Meteorológico Nacional, lia discussões técnicas de previsão on-line e vasculhava livros-texto em busca de termos que não conhecia.

Em seu segundo ano, Williams estava baixando dados meteorológicos numéricos, escaneando previsões meteorológicas sazonais, e investigando, em um ano de El Niño, os efeitos das temperaturas da superfície do oceano no clima.

"Passei a me interessar pela ciência de maneira mais geral devido ao meu interesse pela ciência atmosférica, "ele diz sobre seus anos de colégio." Depois disso, Eu levava a física mais a sério. Eu levava a matemática mais a sério. "

Williams, um pianista, começou a faculdade na Universidade de Kansas para estudar música. Mas depois, desenhado para estudar ciência atmosférica, ele se transferiu para a Cornell University (B.S. 2005, EM. 2007).

"A paixão por entender o tempo e o clima era algo que eu sempre voltava, " ele diz.

'Abraçando a complexidade'

Na Universidade de Chicago, Williams cobriu muito terreno - e mar - em sua pesquisa de doutorado. Ele olhou para duas questões:o efeito radiativo das nuvens convectivas nos trópicos ("uma grande preocupação para a projeção do clima, ", diz ele) e o acoplamento entre a superfície do oceano e o equilíbrio de energia da Terra.

Hoje no LBNL, o futuro próximo envolve "abraçar a complexidade, "diz Williams. Isso inclui a combinação de dados observacionais com modelos atmosféricos de alta resolução que são acoplados a modelos de superfície terrestre - tudo para investigar a interação com as nuvens" de forma experimental, " ele diz.

Existe vida para ele fora da ciência?

As vezes, diz Williams. Ele gosta de fazer caminhadas de um dia com sua esposa e, ultimamente, de ler sobre outros cientistas, incluindo o Prêmio Nobel Ernest O. Lawrence, o fundador do LBNL.

Um livro lançou o que ele chama de "meu programa de leitura atual":a história de 2007 do dendrocronologista Edmund Schulman, que desenvolveu registros climáticos de antigos pinheiros bristlecone. (Alguns têm bem mais de 4 anos, 000 anos.)

Sua última incursão na imprensa foi "Os Irmãos Vonnegut:Ciência e Ficção na Casa da Magia, "uma biografia dupla do cientista da nuvem Bernard Vonnegut e do romancista Kurt Vonnegut Jr.

"É interessante, lendo suas histórias, "diz Williams de outros cientistas." Algumas delas eu posso me identificar - as dificuldades de uma carreira científica e como eles encontraram seu caminho. "