Forskergruppen kører simuleringer, der er i stand til at beskrive Sydamerikas klima med hidtil uset nøjagtighed

Et konsortium bestående af forskere fra mere end ti lande, herunder Brasilien, USA og nogle europæiske nationer, kører simuleringer af fortidens og fremtidens klima i Sydamerika med hidtil uset opløsning. Målet er at skabe en computervisualiseringsmodel, der mere præcist repræsenterer de hydroklimatiske processer, der forekommer i regionen, for at hjælpe beslutningstagere med at implementere mere effektive foranstaltninger til at tilpasse sig virkningerne af klimaændringer.

Arbejdet blev præsenteret ved en paneldebat om klima den 10. april under FAPESP Week Illinois, i Chicago (USA).

"Vi begynder nu at være i stand til korrekt at repræsentere Sydamerikas hydroklima i den nødvendige skala," sagde Francina Dominguez, en forsker ved National Center for Supercomputing Applications ved University of Illinois i Urbana-Champaign og koordinator for projektet .

Ifølge Dominguez er klimaet i Sydamerika, ligesom i alle regioner i verden, under forandring. Øget tørke er blevet registreret i det sydlige Amazonas, Cerrado-regionen, det nordlige Brasilien og Chile. Dette scenarie har påvirket landbrugsudbytter, vandforsyninger til reservoirer, vandkraftproduktion og titusindvis af millioner mennesker i større storbyområder som São Paulo, Rio de Janeiro og Santiago de Chile.

De andinske gletsjere, som er en vigtig kilde til vand, har mistet 30% af deres areal i troperne og op til 60% i de sydlige Andesbjerge, de højeste hastigheder for gletschermassetab i verden. På den anden side har det sydøstlige Sydamerika oplevet en stigning i årlig nedbør og en intensivering af kraftig nedbør siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

"Sydamerika står over for to gigantiske kræfter, som er klimaændringer og ændringer i arealanvendelsen, som ikke kun er sket i Amazonas regnskoven, men også i andre områder af regionen, såsom Chaco i Argentina. Vi har også meget store ændringer. i både det globale og regionale klima Som et resultat af disse processer har vi observeret, at klimaekstremiteter ændrer sig på tværs af kontinentet, hvilket sætter vand- og fødevaresikkerheden for millioner af mennesker i fare," sagde Dominguez.

Fremtidige klimafremskrivninger er baseret på globale klimamodeller (GCM'er). På trods af at de er blevet væsentligt forbedret i de seneste årtier, er disse konceptuelle repræsentationer af det globale klima ude af stand til at fange detaljerne i Sydamerikas hydroklima og udviser betydelige forvrængninger, bemærkede forskeren.

En del af dette problem er relateret til den grove rumlige opløsning af disse modeller, hvis horisontale gitterafstand, som repræsenterer jorden og oceanerne, er i størrelsesordenen titusvis af kilometer (km). Som følge heraf er de ude af stand til korrekt at repræsentere processer, der forekommer i mindre skalaer og i bjergrige områder, såsom nødregn - som opstår, når skyer støder på forhindringer såsom bakker og bjerge - og snefald, der samler sig på bjerge og gletsjere.

"Med nuværende GCM'er er det ikke muligt at se komplekse topografier, og det er et problem i Sydamerika, hvor der er Andesbjergene og andre områder med den egenskab," sagde Dominguez.

GCM'er formår heller ikke realistisk at repræsentere cykloner, lavtliggende jetfly – den smalle zone med maksimal vind, der opstår i de første par kilometer af atmosfæren – og storme fra organiserede forbindelsessystemer.

"I regioner i River Plate-bassinet, såvel som i São Paulo og andre store by- og landbrugsområder i Sydamerika, er organiseret konvektion en af ​​de vigtigste nedbørsmekanismer og er ikke korrekt repræsenteret i globale klimamodeller," sagde Dominguez.

Baseret på dette fund har forskerne gennem et forskningskonsortium kaldet South America Affinity Group kørt to computersimuleringer af en vejrforsknings- og prognosemodel (WRF) med hidtil uset høj opløsning og en gitterafstand på 4 km, der repræsenterer kontinentets historiske og fremtidens klima.

Målet er at bruge den historiske simulering til at validere modellen og bedre forstå kontinentets hydroklimatiske egenskaber mere detaljeret, og at bruge den fremtidige klimasimulering til at vurdere de ændringer, der sandsynligvis vil forekomme i Sydamerika under et varmere klima.

"Dette er en stor indsats, der involverer mere end 100 videnskabsmænd, mange af dem fra Brasilien, og de fleste af dem fra São Paulo," sagde Dominguez.

Lav beregningsydelse

Ifølge Kelvin Droegemeier, professor i atmosfæriske videnskaber ved University of Illinois i Urbana-Champaign, er der i de senere år blevet udviklet utrolig sofistikerede modeller af jordsystemet, som blandt andet repræsenterer atmosfæren, isen, oceanerne og biogeokemiske kredsløb.

Disse modeller kræver meget kraftfulde computere til langsigtet integration. Problemet er dog, at de kun kan nå en lille brøkdel af den maksimale kapacitet på nutidens maskiner.

"Nuværende modeller når kun mellem 2% og 3% af en exascale-maskine [en type højtydende computer med en kapacitet omkring tusind gange hurtigere end de mest kraftfulde supercomputere i brug]. Det er, som om disse modeller var en Ferrari eller en Formel 1-racerbil og kunne kun køres med en hastighed på 25 kilometer i timen," sammenlignede forskeren.

Derudover har modellerne opløsnings- og fysikproblemer og er ikke i stand til at fange detaljer såsom processer, der finder sted i regioner som Sydamerika. "Disse modeller har mange problemer, men fejlen ligger ikke hos dem, men med de systemer, de kører på," forklarede Droegemeier.

For at fremme beregningskapaciteten til at køre jordsystemmodeller vil det amerikanske universitet afholde et internationalt møde mellem slutningen af ​​september og begyndelsen af ​​oktober i år med det formål at udvikle et beregningssystem til grænseoverskridende jordsystemvidenskab inden for klimasimulering og -projektion.

"Målet vil være at diskutere, hvor de computersystemer er, som vil give os mulighed for at køre disse modeller i meget høj global opløsning. Vi har interesserede parter, såsom chipproducenter som NVIDIA og Intel, der er interesseret i at deltage i diskussionen," sagde forskeren. .

Det amerikanske universitet er også ved at udvikle en plan for at skabe et nationalt center til at forudsige ekstreme begivenheder forårsaget af klimaændringer og et andet om videnskaben om forudsigelse og dens anvendelser, meddelte Droegemeier.

Marcos Buckeridge, professor ved University of São Paulo (USP), deltog også i paneldebatten om klimastudier.

Leveret af FAPESP