E se Sandy tivesse desferido um golpe mortal em Nova Jersey em 2012, em vez de acertá-lo quase de frente? Ou se a tempestade histórica tivesse atingido a costa mais ao sul ou ao norte? E se a tempestade fosse menor, Mais devagar, ou mais intenso? Como os impactos mudariam?

Respondendo a essas perguntas usando modelos meteorológicos dinâmicos, como o modelo amplamente usado de Pesquisa e Previsão do Tempo (WRF) baseado no Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCAR), é um desafio. Embora esses modelos possam simular furacões em detalhes, eles são projetados principalmente para dar a melhor previsão possível da trajetória e da evolução de um furacão, dadas as condições atuais do modelo, não responder a cenários hipotéticos. Como resultado, os cientistas têm muito pouco controle sobre como as tempestades do modelo se propagam.

Uma nova ferramenta desenvolvida por cientistas do NCAR está mudando isso. O Hybrid WRF Cyclone Model (HWCM) permite que os cientistas criem uma tempestade idealizada (prescrevendo as características da tempestade, como tamanho e intensidade), coloque precisamente a tempestade onde eles quiserem, e, em seguida, direcione a tempestade em direção à terra, dando-lhes um grau muito maior de controle sobre como e onde o furacão simulado atinge o continente.

Essa capacidade de controlar tempestades permite que os pesquisadores caracterizem uma série de possíveis impactos de um furacão em um determinado local. Usando HWCM, os cientistas podem sujeitar o mesmo local a tempestades vindas de muitos ângulos diferentes, que pode afetar significativamente a tempestade, bem como uma variedade de tamanhos de tempestade, intensidades, e velocidades de avanço. Juntos, essas simulações podem caracterizar melhor os possíveis riscos para as comunidades costeiras.

"Pode ser muito desafiador estudar os possíveis impactos dos furacões olhando apenas para o registro histórico, "disse a cientista do NCAR Cindy Bruyère, que liderou o desenvolvimento do novo modelo. "Se você olhar ao longo de 50 milhas da costa, você pode ver apenas um furacão por década. Ser capaz de modelar de forma realista essas tempestades pode nos dar uma imagem muito mais completa dos possíveis impactos. "

O desenvolvimento do HWCM foi apoiado pela National Science Foundation, que é o patrocinador do NCAR, e pelo Insurance Australia Group Limited.

Quantificando o risco de furacão

Gestores de risco, planejadores da comunidade, seguradoras, e outros há muito se interessam em quantificar o risco de danos causados ​​por furacões às comunidades. Tradicionalmente, isso foi feito usando modelos estatísticos, que caracterizam as relações entre fenômenos no passado, por exemplo, a chuva normalmente associada a um determinado tamanho ou intensidade da tempestade - e então aplique esse conhecimento para fazer previsões sobre o futuro.

Embora os modelos estatísticos sejam úteis, eles têm limitações porque tendem a olhar para apenas uma variável por vez e usar tempestades históricas como seus benchmarks. No entanto, conforme o clima muda, tempestades podem se formar no futuro sem analogia no registro histórico, incluindo furacões que atingem a terra ainda mais em direção aos pólos do que antes.

Por contraste, modelos dinâmicos, como WRF, na verdade, usamos nossa compreensão das relações físicas no mundo - como os oceanos influenciam a atmosfera, e como as instabilidades atmosféricas podem gerar uma tempestade, por exemplo - para simular os próprios furacões. Esses tipos de modelos podem fornecer às partes interessadas uma riqueza de informações detalhadas sobre a forma como a tempestade interage com as outras características ambientais realistas do modelo, como a topografia costeira.

Mas obter informações sobre como um determinado tipo de tempestade pode afetar um local específico é um desafio. Isso ocorre porque a forma como a tempestade se propaga depois de se formar no modelo, incluindo sua trilha e onde (ou se) atinge a terra, depende da física do modelo, que criam padrões climáticos com base nas condições ambientais. Por exemplo, uma área de alta pressão que se forma sobre a costa no modelo pode conter uma tempestade ou dobrar seu curso.

Bruyère e seus colegas procuraram criar um modelo dinâmico que pudesse ser usado para avaliar os perigos dos furacões, dando ao modelador o controle. O resultado foi o Hybrid WRF Cyclone Model.

"Não quero que os padrões climáticos no modelo afetem minha tempestade; quero controlar onde minha tempestade atinge o continente, "disse ela." Nós desenvolvemos a capacidade de colocar uma tempestade madura exatamente onde queremos e submetê-la a diferentes fluxos de fundo de simulação para simulação, forçando a tempestade a atingir o continente de maneiras diferentes. Agora podemos começar a ver uma série de possíveis impactos da mesma tempestade. "

Olhando para os ângulos

O HWCM permite que os modeladores gerenciem um furacão idealizado dentro do WRF - uma espécie de tempestade em uma caixa - e, em seguida, coloque a tempestade madura no domínio do mundo real do WRF. Uma vez colocado, o modelador pode prescrever o fluxo e a direção do vento de fundo, essencialmente direcionando a tempestade enquanto ainda permite que ela interaja com o ambiente circundante conforme ela evolui.

A equipe de pesquisa descreveu recentemente a nova capacidade de modelagem em detalhes na revista Weather and Climate Extremes. Eles também começaram a experimentar o que a ferramenta pode lhes ensinar, incluindo um estudo detalhado de como o ângulo de queda de uma tempestade no estilo Sandy pode alterar os impactos da onda de tempestade ao longo da costa de Nova Jersey.

Parte da notoriedade de Sandy estava relacionada ao peculiar gancho de esquerda que a tempestade fez antes do desembarque, permitindo que ele atinja a costa perpendicularmente, do leste. Historicamente, tempestades naquela região normalmente vêm do sul, metralhando a costa enquanto viajam para o norte.

Os resultados preliminares da pesquisa usando HWCM descobriram que o ângulo da tempestade tem um impacto significativo nos impactos das ondas de tempestade, e que tempestades com abordagens perpendiculares produzem ondas maiores e mais inundações no interior. Eles também encontraram, Contudo, que a localização exata do landfall também é importante e que algumas áreas da costa de Nova Jersey são particularmente vulneráveis ​​a tempestades, independentemente do ângulo de abordagem.

Bruyère também usou a nova capacidade de modelagem para examinar alguns dos possíveis impactos das mudanças climáticas, incluindo tempestades se formando sobre oceanos mais quentes e tempestades migrando para os pólos. Em um caso, a equipe examinou como os ciclones que atingem o nordeste da Austrália podem mudar com o aquecimento da superfície do mar. Eles encontraram indícios de que o aumento das temperaturas da superfície do mar fez com que tempestades simuladas penetrassem mais para o interior, com mais precipitação e maiores campos de vento. Bruyère disse que mais pesquisas com HWCM podem ajudar os cientistas a quantificar melhor os impactos potenciais das mudanças climáticas nos ciclones tropicais.

"Com este modelo, podemos olhar para tempestades que não estão em nossa história, "Disse Bruyère." Podemos colocar tempestades em águas mais quentes do que normalmente temos ou perto de partes da costa onde as tempestades normalmente não atingem a terra, mas que pode ser impactado no futuro. Os resultados nos ajudarão a planejar alguns dos riscos de um clima em mudança. "