Il National Center for Atmospheric Research (NCAR) ha rilasciato una versione aggiornata del suo modello climatico di punta per includere una serie di nuove funzionalità, da una rappresentazione molto più realistica della calotta glaciale in evoluzione della Groenlandia alla capacità di modellare in dettaglio come le colture interagiscono con il sistema terrestre più grande all'aggiunta di onde guidate dal vento sulla superficie dell'oceano del modello.

Il Community Earth System Model version 2 (CESM2) è un modello di computer comunitario open-source ampiamente finanziato dalla National Science Foundation, che è lo sponsor di NCAR, e l'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Pubblicato pubblicamente la scorsa settimana, Il CESM2 si basa su una serie di modelli climatici, ogni tagliente per la loro giornata, risalendo a decenni fa, a un'epoca in cui il loro software simulava solo la circolazione atmosferica. A confronto, Il CESM2 include le interazioni tra il territorio, oceano, atmosfera, ghiaccio terrestre, e ghiaccio marino, che rappresentano i molti modi importanti in cui interagiscono le diverse parti del sistema Terra.

"L'ampiezza delle questioni scientifiche che possiamo affrontare si è ampliata in modo significativo; è molto eccitante per me, " ha detto Jean-François Lamarque, che ha guidato lo sforzo di sviluppare il CESM2 fino a poco tempo fa. "Ogni volta che pubblichiamo un nuovo modello, forniamo uno strumento migliore per fare scienza. È uno strumento più complicato, ma il mondo è molto complicato".

Le nuove funzionalità di CESM2 includono:

• Un componente del modello atmosferico che incorpora miglioramenti significativi alle sue rappresentazioni di turbolenza e convezione, che aprono la strada ad un'analisi di come questi processi su piccola scala possono avere un impatto sul clima.
• Capacità migliorata di simulare modalità di variabilità tropicale che possono abbracciare le stagioni e influenzare i modelli meteorologici globali, comprese le precipitazioni estreme sugli Stati Uniti occidentali. Queste rappresentazioni più realistiche consentiranno ai ricercatori di comprendere meglio tali connessioni e potrebbero portare a migliori previsioni stagionali.
• Un componente del modello di calotta glaciale terrestre per la Groenlandia che può simulare il modo complesso in cui la calotta glaciale si muove - lenta nel mezzo e molto più rapidamente vicino alla costa - e fa un lavoro migliore nel simulare il distacco del ghiaccio nell'oceano.
• Un componente del modello di coltura globale in grado di simulare sia come i terreni coltivati ​​influenzino il clima regionale, compresi gli impatti dell'aumento dell'irrigazione, e come il cambiamento climatico influenzerà la produttività delle colture. Il componente consente inoltre agli scienziati di esplorare gli impatti di un maggiore uso di fertilizzanti e maggiori concentrazioni di anidride carbonica atmosferica, che può stimolare la crescita delle piante.
• Un componente del modello d'onda che simula il modo in cui il vento crea onde sull'oceano, un importante meccanismo per la miscelazione dell'oceano superiore, che a sua volta influenza il modo in cui il modello rappresenta le temperature della superficie del mare.
• Un componente del modello fluviale aggiornato che simula i flussi di superficie attraverso i pendii e negli affluenti prima di entrare nel canale principale del fiume. Simula anche la velocità dell'acqua mentre si muove attraverso il canale, insieme alla profondità dell'acqua.
• Un nuovo set di utilità dell'infrastruttura che fornisce molte nuove funzionalità per una più facile portabilità, generazione di casi e personalizzazione dell'utente, funzionalità di test, e grande robustezza e flessibilità.

Un elenco completo degli aggiornamenti con descrizioni più tecniche è disponibile all'indirizzo http://www.cesm.ucar.edu/models/cesm2/whatsnew.html.

guidato dalla comunità, continuamente migliorato

I lavori sul CESM2 sono iniziati sul serio circa cinque anni fa, ma gli scienziati hanno iniziato ad armeggiare su come migliorare il modello non appena il CESM1 è stato rilasciato nel 2010. Non è diverso con il CESM2.

"Abbiamo già iniziato a pensare a cosa possiamo migliorare per il CESM3, " Disse Lamarque. "Lo sappiamo, Per esempio, che vogliamo migliorare il modello oceanico per espandere il tipo di domande scientifiche a cui può essere utilizzato per rispondere".

La collaborazione e il contributo della più ampia comunità scientifica del sistema terrestre sono sempre stati al centro del complesso sviluppo di modelli facilitato da NCAR. Per esempio, la componente del modello territoriale del nuovo CESM2 ha sfruttato l'esperienza di oltre 50 ricercatori in 16 diverse istituzioni.

CESM, che è disponibile gratuitamente, è uno strumento importante per i ricercatori di scienze del sistema terrestre negli Stati Uniti e nel mondo che stanno studiando di tutto, dalla prevedibilità delle siccità stagionali all'accelerazione dell'innalzamento del livello del mare. Il modello basato sull'NCAR è uno dei circa una dozzina di modelli climatici leader in tutto il mondo che gli scienziati utilizzano per ricercare il cambiamento climatico e contribuire con ciò che trovano all'Intergovernmental Panel on Climate Change.

Poiché il sistema terrestre è così complicato, e le risorse informatiche sono così limitate, i modelli informatici utilizzati per simulare il comportamento del clima terrestre utilizzano un mix di equazioni che rappresentano effettivamente la fisica, biologia, e la chimica dietro i processi che si svolgono nel sistema Terra, dall'evaporazione alla formazione di ozono, dalla deforestazione allo scioglimento del ghiaccio marino, e "parametrizzazioni, " che semplificano i processi su piccola scala e ne stimano gli impatti.

"CESM2 rappresenta molto di più della fisica rispetto ai modelli passati, e stiamo facendo un lavoro molto migliore, " ha dichiarato il capo scienziato del CESM Gokhan Danabasoglu, che ora sta guidando lo sforzo di sviluppo del modello. "Ci sono numerose nuove funzionalità in tutti i modelli di componenti, nonché significativi miglioramenti dell'infrastruttura per flessibilità e portabilità più semplice".

Queste equazioni migliorate consentono al modello di svolgere un lavoro ancora migliore replicando il mondo reale.

"Il modello è il nostro laboratorio, l'unico laboratorio che otteniamo quando studiamo il clima, " Ha detto Lamarque. "Quindi deve essere abbastanza vicino al mondo reale per essere rilevante".