Pesquisadores do Instituto Alfred Wegener agora, pela primeira vez, alimentar os resultados de seus modelos globais diretamente no banco de dados do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. Os dados são particularmente interessantes porque o modelo subjacente, desenvolvido no AWI, retrata o gelo do mar e os oceanos com uma definição muito maior do que os métodos convencionais. Os resultados são usados ​​por cientistas do clima e partes interessadas em todo o mundo para determinar os efeitos das mudanças climáticas nos humanos e no meio ambiente.

Quanto mais quente a Terra ficará nas próximas décadas como resultado das mudanças climáticas? Como isso mudará nosso mundo? Estas são algumas das questões mais urgentes do nosso tempo, e pesquisadores de todo o mundo estão usando modelos climáticos na tentativa de encontrar as respostas. Mas o clima da Terra é extremamente complexo e modelá-lo usando supercomputadores é difícil. Cada modelo climático tem seus pontos fortes e fracos. A fim de melhor estimar os desenvolvimentos climáticos futuros, os resultados de vários modelos climáticos em todo o mundo são comparados, já que as comparações tornam mais claro qual tendência climática é mais provável e que grau de incerteza os prognósticos possuem. Um total de cerca de 50 instituições de pesquisa em todo o mundo estão participando deste extenso projeto internacional, conhecido como Projeto de Intercomparação de Modelo Acoplado (CMIP). É extremamente importante porque os resultados são alimentados em um banco de dados internacional e formam a base para o próximo IPPC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, Relatório IPCC), que será publicado em 2021 - o Sexto Relatório de Avaliação, AR6.

Apenas três instituições da Alemanha

Agora, pela primeira vez, O Instituto Alfred Wegener, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI), com seu próprio modelo, faz parte deste grande projeto de comparação internacional. Apenas alguns dias atrás, os pesquisadores AWI inseriram seus primeiros resultados detalhados de modelos climáticos no banco de dados CMIP internacional. “É muito especial pertencer a uma das instituições que dão um contributo significativo para os dados que irão servir de base ao Laudo de Avaliação, "comenta o meteorologista Dr. Tido Semmler, que coordena o trabalho do AWI para o projeto de comparação internacional CMIP. "Existem apenas três instituições de pesquisa da Alemanha envolvidas - o Instituto Max Planck de Meteorologia em Hamburgo, o Centro Aeroespacial Alemão e nós. "Além disso, o Centro Alemão de Computação Climática (DKRZ) em Hamburgo desempenha um papel fundamental, pois oferece às três instituições tempo de informática e espaço de armazenamento, bem como suporte na realização de simulações e fornecimento de dados.

Há uma razão particular pela qual o AWI agora se envolveu:os especialistas empregaram um novo e, Até a presente data, método pouco usado para modelar o clima, uma chamada "grade não estruturada", que em termos de pesquisa climática equivale a uma minirrevolução. Até agora, quase todos os grupos de pesquisa ao redor do mundo trabalharam com o que é conhecido como "grades estruturadas". O principal por trás dessas grades é simples:uma vez que modelar o clima global é muito complexo, pesquisadores dividem a Terra e a atmosfera em caixas de grade, cubos com bordas que geralmente têm 100 quilômetros de comprimento. Nessas caixas, o biológico, processos químicos e físicos que afetam o clima podem ser modelados usando supercomputadores. Mas o fato de que um comprimento de 100 quilômetros é muito bruto para levar processos importantes diretamente em consideração - como os pequenos redemoinhos, apenas alguns quilômetros de tamanho, na Corrente do Golfo e em outras correntes oceânicas que levam ao aumento da troca de calor e umidade entre o mar e a atmosfera. Muitos modelos climáticos são incapazes de descrever com precisão o curso da Corrente do Golfo, que se origina no Golfo do México e viaja para o norte ao longo da costa da Flórida antes de virar para o leste em direção à Europa. Em muitos modelos, a corrente se move muito para o norte devido aos pequenos redemoinhos não serem incluídos.

Uma grade ajustável

Idealmente, teríamos uma grade global de malha mais fina com quadrados cobrindo não mais do que dez quilômetros. Mas isso aumentaria o número de cálculos individuais. Mesmo para simulações climáticas que abrangem apenas alguns anos, um computador mainframe precisaria de várias semanas. Mas os especialistas da AWI desenvolveram agora uma "grade não estruturada" alternativa. Isso permite que os elementos individuais da grade sejam reduzidos - para cerca de dez quilômetros - para certas regiões selecionadas. Embora o clima de todo o globo possa ser modelado usando uma grade com quadrados de tamanho normal, a malha ajustável de forma flexível torna possível, até certo ponto, aumentar o zoom em regiões específicas, como a Corrente do Golfo. A grade não estruturada adicionou uma nova dimensão interessante à modelagem climática, o que é muito importante para o processo CMIP.

Uma comparação direta única

"Como uma regra, na modelagem climática combinamos vários modelos diferentes que simulam coisas diferentes, por exemplo, um modelo que descreve o oceano em detalhes e um segundo modelo mostrando os processos na atmosfera, "explica Tido Semmler." O modelo do oceano FESOM, que desenvolvemos, usa uma grade não estruturada. Para a atmosfera, por outro lado, usamos um modelo convencionalmente estruturado desenvolvido no Instituto Max Planck de Meteorologia. "Isso torna as comparações no contexto do CMIP particularmente interessantes:o Instituto Max Planck de Meteorologia acopla o modelo atmosférico com seu modelo oceânico, que se baseia na grade tradicional. Mas os colegas do AWI associam o modelo atmosférico ao seu próprio modelo oceânico, que usa a grade não estruturada. “Nós e os parceiros do CMIP estamos ansiosos para ver a comparação direta desses resultados, "diz Tido Semmler.

Dados importantes para pesquisas de impacto climático

Os resultados de cerca de 50 modelos climáticos, que o AWI e os outros parceiros do CMIP estão alimentando no banco de dados internacional, será usado por vários outros pesquisadores durante os próximos dois anos. Acima de tudo por aqueles especialistas que estão investigando o impacto das mudanças climáticas nas pessoas e nos habitats do nosso planeta. Essas descobertas da pesquisa irão, por sua vez, ser a base para os relatórios do IPCC; o 6º Relatório de Avaliação e também o resumo do relatório do IPCC, o Relatório de Síntese, que incluirá principalmente recomendações de políticas.

Resultados da modelagem de amostra (ver gráfico online):A tendência da temperatura global média de 1850 a 2100 de acordo com o novo modelo climático AWI.

O modelo climático AWI inclui os principais fatores naturais da temperatura da Terra, como a radiação solar, concentrações de gases de efeito estufa e aerossóis naturais, bem como aerossóis vulcânicos. A linha cinza representa o controle executado com drivers naturais e concentrações de gases de efeito estufa de 284 ppm CO ₂ para o ano de 1850. A linha preta mostra a tendência histórica da temperatura média global com concentrações crescentes de gases de efeito estufa de 1850 a 400 ppm CO ₂ hoje, que levaram a um aquecimento global líquido de cerca de 1 ° C. As linhas coloridas mostram o possível desenvolvimento futuro da temperatura média global dependendo do cenário de emissão.

As flutuações nas linhas mostram as variações naturais da temperatura média global sem emissões de gases de efeito estufa. Para a tendência histórica (linha preta) e os cenários moderados (cerca de 4 ° C de aquecimento com 871 ppm CO ₂ em 2100) para o futuro (linha amarela), várias simulações foram realizadas para estimar o grau de incerteza dos resultados. Os modelos AWI têm faixa de flutuação de aproximadamente meio grau Celsius.

Para o cenário de baixa emissão (445 ppm CO ₂ em 2100), haverá necessidade de esforços concertados para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, a fim de limitar o aumento da temperatura média global para cerca de 2 ° C; com o cenário de alta emissão (1142 ppm CO ₂ em 2100) presume-se que nenhuma medida seja tomada para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, de modo que, de acordo com o modelo atual, a temperatura média global aumentará cerca de 5 ° C.