Muitas das maiores cidades do mundo são construídas perto da costa, seja ao longo de rios ou oceanos. A humanidade depende de hidrovias para transporte, comércio e sustento. Contudo, hidrovias também podem desencadear enchentes devastadoras que levam a bilhões em danos, perda de vida, e esforços de limpeza de anos.

Duas áreas geograficamente distintas que são propensas a lidar com a fúria das águas das enchentes, a província canadense de Quebec e o estado alemão da Baviera vêm colaborando há uma década para investigar os impactos das mudanças climáticas nos recursos hídricos. O mais recente esforço desta parceria, o Projeto ClimEx, visa melhorar a compreensão dos pesquisadores sobre a dinâmica de inundações severas sob mudanças nas condições climáticas. “Este conhecimento é de fundamental importância, "diz o Prof. Dr. Ralf Ludwig, Professor de geografia na Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Munique e líder de projeto da ClimEx. "Compreender esses fenômenos nos ajuda a melhor nos preparar e melhorar a adaptação aos crescentes eventos extremos que esperamos enfrentar em nosso futuro."

“O objetivo do ClimEx é investigar inundações extremas associadas a longos períodos de retorno, "disse Martin Leduc, pesquisador de clima na organização de pesquisa sem fins lucrativos Ouranos e parceiro no projeto ClimEx. "Se você olhar as observações, você só tem um período de tempo relativamente curto para fazer referência - muitas vezes menos de 30 anos de precisão, dados detalhados. Para as inundações mais extremas, esses são fenômenos que acontecem uma vez por século. "

Para modelar com eficiência as tendências climáticas de longo prazo, os colaboradores do ClimEx utilizam o supercomputador SuperMUC do Leibniz Supercomputing Center (LRZ). A equipe publicou seus resultados mais recentes no Jornal de Meteorologia Aplicada e Climatologia , simulando o clima em Quebec e Baviera de 1950 a 2100.

Ampliando, espalhando

Para estudar tendências e mudanças climáticas computacionalmente, os pesquisadores usam um modelo climático para dividir a área de estudo em uma grade para simular os inúmeros processos e propriedades meteorológicas que formam o clima de uma área.

Com uma quantidade finita de poder de computação disponível para qualquer simulação, os pesquisadores têm que simular uma área representativa do globo por um período de tempo longo o suficiente para estabelecer tendências climáticas e, ao mesmo tempo, capturar detalhes suficientes para verificar a capacidade de um modelo de prever o comportamento climático passado e, por sua vez, prever eventos climáticos futuros. Portanto, tal experimento envolve um equilíbrio entre a duração das simulações, o nível de detalhe (resolução) da grade, e o tamanho da área coberta.

Para equilibrar essas demandas, os cientistas do clima usam uma combinação de um modelo climático global (GCM) e um modelo climático regional (RCM). Enquanto os GCMs simulam o clima em todo o globo, eles têm que sacrificar o nível de detalhe, o que significa que a distância entre duas células vizinhas da grade deve ser superior a 100 quilômetros. Usando o Canadian Regional Climate Model versão 5 (CRCM5) que foi desenvolvido pelo ESCER Centre of l'Université du Québec à Montréal em colaboração com o Environment and Climate Change Canada, os pesquisadores são capazes de estudar áreas do globo com muito mais detalhes usando grades com resolução de 12 quilômetros. Isso permitiu que a equipe LMU-Ouranos-LRZ executasse suas simulações, incluindo fenômenos climáticos relevantes em alta resolução.

Para melhor compreender e prever inundações, a equipe reduz ainda mais as simulações do ClimEx estatisticamente para fornecer dados de entrada hiper-precisos, modelagem hidrológica de alta resolução. Este nível de detalhe não apenas ajuda a antecipar e planejar melhor os eventos de inundações em grande escala na Baviera e Quebec, mas também ajuda a fornecer informações de alta qualidade para outros modelos de impacto e tomadores de decisão.

Leduc também mencionou o "efeito borboleta" relacionado às simulações climáticas - mesmo as simulações de resolução mais alta não podem levar em conta todas as mudanças minúsculas que podem influenciar as mudanças climáticas. Avançar, os pesquisadores não têm como saber o quanto a humanidade conterá suas emissões nas próximas décadas, o que poderia influenciar significativamente os padrões climáticos. No ClimEx, a equipe fez 50 simulações para a Baviera e 50 para Quebec, com cada iteração introduzindo pequenas mudanças nos dados de entrada, dando a eles um total de 7, 500 anos de dados climáticos para cada local.

Essas simulações não são apenas computacionalmente caras, mas também geram uma quantidade extremamente grande de dados - mais de 500 terabytes, na verdade. Para obter resultados significativos dessas simulações e da análise de dados que se segue, os pesquisadores precisam de acesso a recursos de computação líderes mundiais.

"Fazer essas simulações exigiu uma quantidade incrível de recursos computacionais e os cálculos duram mais de 6 meses, "Leduc disse. A equipe do LRZ ajudou a garantir que a equipe pudesse executar suas simulações da forma mais eficiente possível, e ajudou a equipe a obter acesso a uma ilha computacional completa no SuperMUC para agilizar suas simulações, e foi capaz de ajudar a equipe a otimizar seu código e gerenciar sua enorme quantidade de dados.

Prevendo o futuro

As simulações da equipe mostraram boa concordância com os dados históricos do clima, deixando-os confiantes em seu poder preditivo e em sua capacidade de ajudar a melhorar os modelos de impacto e as estratégias de adaptação regional. Ludwig confirma que a equipe está compartilhando seus dados com a comunidade de pesquisa, e explica que o experimento ClimEx pode ajudar os pesquisadores a estudar as probabilidades futuras de eventos extremos, como ondas de calor, inundações, e incêndios, e vincular os padrões meteorológicos ao desenvolvimento desses eventos extremos. Este conjunto de dados ajuda cientistas e funcionários do governo a avaliar melhor as projeções de risco de enchentes e desenvolver métodos mais robustos para mitigar os impactos das enchentes.

No pior cenário, em que as emissões de carbono continuam a crescer cerca de um por cento ao ano, o modelo prevê que os verões europeus serão mais quentes em uma média de até oito graus Celsius por ano a partir de 2080, e que os invernos quebequenses seriam até 12 graus mais quentes durante o mesmo período.

"Essas projeções estão se referindo ao verão na Europa, e isso é importante, porque esse aquecimento ocorrerá ao mesmo tempo que uma diminuição na precipitação, o que significa que a Europa poderia ter verões muito mais quentes e mais secos, o que aumenta a possibilidade de ondas de calor mais extremas e secas, "Leduc disse." Devemos manter as coisas em perspectiva, no entanto. O modelo assume um caminho para futuras emissões de gases de efeito estufa, e essa parte ainda é incerta. Não sabemos quanto vamos limitar as emissões de CO2 no futuro. "