Un aumento della probabilità di un "blocco della Groenlandia" - un rigonfiamento di alta pressione che si blocca sull'enorme isola e può causare condizioni meteorologiche estreme sia in Nord America che in Europa - potrebbe essere prevedibile con anni di anticipo.

Così anche i cambiamenti nell'acidità dell'oceano nel California Current System, che sostiene una pesca ricca ed economicamente importante, così come i flussi nella quantità di materia organica prodotta dal fitoplancton nell'oceano, che costituisce la base della piramide alimentare marina.

Anche probabili aumenti o diminuzioni della quantità di anidride carbonica assorbita dalle piante, e i conseguenti impatti sulla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, può essere prevedibile tra diversi anni.

Questi risultati provengono da una sfilza di nuovi documenti che mostrano collettivamente che una vasta gamma di fenomeni in tutta l'atmosfera, oceani, e la terra può essere prevedibile su orizzonti temporali che vanno da un anno a un decennio. I nuovi studi sono tutti derivati ​​dal Decadal Prediction Large Ensemble (DPLE), un massiccio, database liberamente disponibile di simulazioni di modelli sviluppato e ospitato presso il Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR).

Il DPLE è stato progettato e creato specificamente per consentire agli scienziati di tutte le discipline di sondare aspetti del sistema Terra che potrebbero avere elementi di prevedibilità su una scala temporale decennale, colmare il divario tra previsioni stagionali e proiezioni climatiche. Finora, ha confermato alcuni elementi che gli scienziati già sospettavano potessero essere previsti con anni di anticipo, come le temperature della superficie del mare nel Nord Atlantico, che influenzano il tempo sull'Europa tra le altre cose. Ma l'esame della raccolta di dati ha anche scoperto una miriade di altre possibilità.

"Sono passati due anni da quando abbiamo rilasciato il set di dati, e ciò che abbiamo appreso ha superato le nostre aspettative, " ha detto lo scienziato NCAR Steve Yeager, che ha guidato il progetto. "Cose che la gente non avrebbe mai pensato fossero prevedibili, stiamo trovando prevedibile con DPLE."

25, 600 anni simulati

Il segreto del successo di DPLE è la sua dimensione. Il set di dati comprende 64 insiemi individuali (o insiemi di simulazioni), uno per ogni anno tra il 1954 e il 2017. Ogni ensemble è composto da 40 membri che corrono avanti di un decennio in tempo simulato. In totale, il set di dati contiene 25, 600 anni simulati di informazioni sul clima. Le simulazioni sono state create dal Community Earth System Model (CESM) basato sull'NCAR e vengono eseguite principalmente sul sistema Cheyenne del NCAR-Wyoming Supercomputing Center.

Avere un insieme di 40 simulazioni di modelli individuali dello stesso decennio consente agli scienziati di estrapolare delicati segnali di prevedibilità che altrimenti verrebbero persi con una sola, o anche una manciata, esecuzione di modelli. Ogni membro dell'ensemble viene avviato utilizzando le condizioni storiche per l'anno iniziale, ma poi ognuno è anche ottimizzato di una quantità quasi indistinguibile. La minuscola regolazione è sufficiente per inviare ogni simulazione su un percorso distinto, risultando in 40 possibili modi in cui il clima del decennio avrebbe potuto svilupparsi.

Gli scienziati possono scoprire possibili aree di prevedibilità esaminando l'intero insieme. Le aree in cui le simulazioni tendono a concordare sono candidate alla prevedibilità, e più sono d'accordo, più abile sarà la previsione.

"Siamo stati i primi a lavorare sulla previsione decennale utilizzando un grande insieme in un sistema a modello singolo, " Yeager ha detto. "Il fatto che abbiamo gettato tutti questi membri dell'ensemble sul problema è ciò che ci ha permesso di ottenere questi risultati".

Il successo del progetto ha già portato Yeager e i suoi colleghi a considerare il futuro. Una possibilità è modificare i tipi di osservazioni utilizzate per avviare l'ensemble. Poiché i fenomeni che possono essere previsti con anni di anticipo tendono ad essere legati ai cambiamenti nell'oceano, che si verificano su scale temporali molto più lunghe rispetto ai cambiamenti nell'atmosfera e sulla terraferma, il DPLE originale usava lo stato dell'oceano e del ghiaccio marino come il punto di partenza per i modelli. L'aggiunta di osservazioni dell'atmosfera e della terra potrebbe migliorare una certa prevedibilità nel termine relativamente breve di più di un anno o giù di lì.

"Siamo davvero interessati a come far progredire questo, cosa potremmo fare per portarlo al livello successivo, " Yeager ha detto. "Il primo DPLE ci sta fornendo suggerimenti su ciò che è possibile. Ora vogliamo mettere a punto le tecniche necessarie per fare previsioni decennali qualcosa che potrebbe essere utile a decisori e pianificatori".