Como as mudanças climáticas aumentarão os eventos de bloqueio climático

Mudança climática ampliará eventos de bloqueio climáticoOs dinamistas de fluidos encontraram uma lei de escala, uma fórmula matemática que relaciona o tamanho dos eventos de bloqueio à largura, latitude e força do fluxo de jato, todos bem estudados e medidos. (Crédito: P. Hassanzadeh / Arroz)

“Eventos de bloqueio” produziram algumas das mais mortíferas ondas de calor do século XIX. Esses sistemas climáticos de alta pressão irão aumentar devido às mudanças climáticas, constatam pesquisas.

Eventos de bloqueio atmosférico são sistemas de alta pressão e latitude média que permanecem no local por dias ou até semanas. Dependendo de quando e onde eles se desenvolvem, os eventos de bloqueio podem causar secas ou aguaceiros e ondas de calor ou períodos frios. Os eventos de bloqueio causaram ondas de calor mortais na França no 2003 e na Rússia no 2010.

Usando dados de dois conjuntos de simulações abrangentes de modelos climáticos, os pesquisadores descobriram que a área de eventos de bloqueio no hemisfério norte aumentará em até 17% devido a mudança climática antropogênica.

Os eventos de bloqueio ficarão maiores?

Pedram Hassanzadeh, professor assistente de engenharia mecânica e ciências da terra, ambientais e planetárias da Universidade Rice, usa modelos computacionais, matemáticos e estatísticos para estudar os fluxos atmosféricos relacionados a uma ampla gama de problemas, desde eventos climáticos extremos até energia eólica.

Ele diz que os pesquisadores estão cada vez mais interessados ​​em aprender como as mudanças climáticas podem afetar os eventos de bloqueio, mas a maioria dos estudos se concentrou em saber se os eventos de bloqueio se tornarão mais frequentes à medida que a atmosfera aquece devido às emissões de gases de efeito estufa.

"Estudos anteriores analisaram se você obtém eventos mais ou menos bloqueadores das mudanças climáticas", diz ele. “A pergunta que ninguém fez é se o tamanho desses eventos mudará ou não.

“E o tamanho é muito importante porque os eventos de bloqueio são mais impactantes quando maiores. Por exemplo, se o sistema de alta pressão se tornar maior, você obterá ondas de calor maiores que afetarão mais pessoas e provavelmente obterá ondas de calor mais fortes. ”

Um 'resultado elegantemente simples'

Ebrahim Nabizadeh, um estudante de engenharia mecânica da Escola de Engenharia Brown de Rice, decidiu responder à pergunta dois anos atrás. Usando uma abordagem de modelagem hierárquica, ele começou com experimentos em um modelo de turbulência atmosférica muito mais simples que a atmosfera real.

O modelo simples, que captura a dinâmica fundamental dos eventos de bloqueio, permitiu que Nabizadeh fizesse muita exploração. Fazendo pequenas alterações em um parâmetro ou outro, ele executou milhares de simulações. Em seguida, ele usou uma poderosa técnica de análise dimensional chamada teorema de Buckingham-Pi, que é freqüentemente usada no projeto de sistemas de engenharia grandes e complexos que envolvem fluxos de fluidos, para analisar os dados.

O objetivo era encontrar uma lei de escala, uma fórmula matemática que descrevesse o tamanho de um evento de bloqueio usando variáveis ​​que os cientistas climáticos já estudam e compreendem. Nabizadeh começou com leis de redimensionamento que foram desenvolvidas para prever o tamanho dos padrões climáticos diários, mas ele descobriu que nenhuma das variáveis ​​era preditiva para o bloqueio de eventos.

Sua persistência acabou valendo a pena com uma fórmula simples que relaciona a área de eventos de bloqueio à largura, latitude e força do corrente de jato, todos os quais são bem estudados e medidos.

“Conversei recentemente sobre isso e uma das pessoas veio depois e disse: 'Isso é mágico, que esses poderes se somam e de repente você obtém a resposta certa'. Mas foi preciso muito trabalho de Ebrahim para obter esse resultado elegantemente simples ”, diz ele.

Olhando para os números

A certa altura, Nabizadeh analisou os dados de muitas simulações e produziu uma comparação que incluía página após página de figuras, e Hassanzadeh diz que a descoberta da lei de escala foi incentivada por uma fonte improvável: a fila do escritório de motorista.

Hassanzadeh e Nabizadeh obtiveram suas licenças com uma semana de intervalo e tiveram tempo suficiente para estudar os resultados enquanto esperavam. "Você precisa sentar e não tem o que fazer", diz Hassanzadeh. "Então, depois de olhar para esses números por horas, percebemos que essa é a escala certa".

Eles também compararam os resultados do modelo simples com a produção de modelos cada vez mais complexos do clima e do clima da Terra. Nabizadeh diz que a lei de escala previu mudanças no tamanho dos eventos futuros de bloqueio de inverno em simulações abrangentes de modelos climáticos com notável precisão.

“Ele tem um desempenho melhor nos eventos de inverno do que nos eventos de verão por razões que ainda não entendemos”, diz Nabizadeh. "Nossos resultados sugerem que estudos futuros se concentrem em entender melhor os blocos de verão e também em como os eventos de bloqueio maiores podem afetar o tamanho, magnitude e persistência de eventos climáticos extremos, como ondas de calor".

Co-autores adicionais são do Lawrence Berkeley National Laboratory e da Universidade da Califórnia, Davis e Colorado State University.

O apoio à pesquisa veio da NASA, do Programa de Pesquisa do Golfo das Academias Nacionais, do Departamento de Energia e da National Science Foundation. O projeto XSEDE, apoiado pela NSF, e o Center for Research Computing de Rice, em parceria com o Instituto Ken Kennedy de Tecnologia da Informação de Rice, forneceram recursos de computação.

Estudo original

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