I ricercatori stanno studiando il modo in cui il riscaldamento delle temperature dell'acqua avrà un impatto sulla regione dei Grandi Laghi. Il loro lavoro mostra che piccole differenze nelle temperature della superficie del lago possono avere un grande impatto sul clima estivo e possono alimentare condizioni meteorologiche estreme, informazioni cruciali.

I Grandi Laghi hanno un profondo impatto sull'identità, l'economia e il clima del paese. Ma l'influenza a lungo termine dei Grandi Laghi sui modelli meteorologici regionali, specialmente in un clima che cambia, non è stata ben compresa. Questo perché la maggior parte dei modelli climatici non considera realisticamente come la temperatura o il movimento di sei quadrilioni di galloni di acqua del lago interagiscono con l'atmosfera.

Un progetto chiamato Coastal Observations, Mechanisms, and Predictions Across Systems and Scales (COMPASS), finanziato dall'Office of Biological and Environmental Research presso l'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), sta lavorando per colmare questa lacuna di conoscenza. In un nuovo studio, un team di collaboratori, tra cui Jiali Wang dell'Argonne National Laboratory del DOE, ha utilizzato esperimenti di modelli regionali ad alta risoluzione per esplorare come le temperature della superficie del lago possono influenzare il clima della regione dei Grandi Laghi. Il team ha scoperto che una piccola differenza nelle temperature della superficie del lago, solo 1,4 °C di riscaldamento, può avere un grande impatto sul clima estivo, tra cui:

• Aumento della temperatura dell'aria vicino alla superficie.
• Aumenta l'evaporazione sui laghi.
• Ridurre i grandi temporali a monte della regione dei Grandi Laghi.
• Temporali crescenti più piccoli e frequenti a valle della regione dei Grandi Laghi.

Questo riscaldamento è equivalente al potenziale riscaldamento delle temperature della superficie dell'acqua del lago che si prevede si verificherà entro la metà del secolo. L'aumento delle temperature della superficie del lago ha il potenziale per destabilizzare le condizioni climatiche regionali in tutto il bacino dei Grandi Laghi. Ciò potrebbe aumentare gli eventi meteorologici estremi, causando tempeste più grandi e inondazioni in un'area che ospita 30 milioni di persone. Con così tante vite e così tante infrastrutture nel potenziale percorso delle tempeste, previsioni accurate sono essenziali. È qui che entrano in gioco Wang e il suo team.

"Gran parte del lavoro che svolgiamo ad Argonne consiste nel rendere il Paese più resiliente agli impatti dei cambiamenti climatici", ha affermato Wang, "ma non possiamo parlare di diventare resilienti finché non comprendiamo veramente i rischi".

La velocità e l'accuratezza scientifiche sono fondamentali per la resilienza climatica

Gli scienziati del clima hanno bisogno di modelli climatici altamente accurati che consentano loro di fare proiezioni a lungo termine, per i prossimi 20-30 anni.

Per informare lo sviluppo del modello climatico globale sulla loro rappresentazione più accurata dei Grandi Laghi, il nuovo studio di Wang ha utilizzato misurazioni più precise della temperatura dell'acqua superficiale dei laghi per progettare esperimenti numerici. Invece di guardare al clima regionale da una prospettiva globale, il loro studio utilizza l'output della simulazione locale e regionale per "ingrandire" la regione dei Grandi Laghi. Invece di vedere una risoluzione fino a un'area di poche centinaia di miglia, i modelli possono guardare ancora più da vicino, fino a un'area di circa due miglia.

Un'altra svolta del progetto COMPASS verrà dal suo modello idrodinamico 3D, atmosferico e accoppiato a due vie con feedback atmosfera-lago. Ecco perché questo è un punto di svolta nella modellazione climatica:

• L'accoppiamento a due vie significa che il modello considera l'interazione in tempo reale di come il lago influenza l'aria e come l'aria influenza il lago.
• Il modello 3D considera gli schemi delle correnti lacustri e la miscelazione orizzontale e verticale dell'acqua del lago, che è particolarmente importante per i laghi profondi e di grandi dimensioni.

Questi miglioramenti sono fondamentali per un modello climatico altamente accurato, ma ammontano a un numero estremamente elevato di punti dati che devono essere elaborati. È qui che entra in gioco un altro strumento essenziale:il supercomputer.

Strumenti migliori, dati migliori, risultati migliori

Wang attribuisce il successo del suo team alla forte collaborazione e all'uso dell'Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) e del National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), che ospitano alcuni dei supercomputer più veloci e potenti del mondo. "Queste simulazioni non sarebbero possibili senza i supercomputer", ha detto Wang. "Ci sarebbero voluti anni per completare i calcoli su un laptop. Tuttavia, con le strutture di supercalcolo di Argonne e NERSC possiamo ampliare la nostra scienza e testare set di dati grandi e complessi molto rapidamente". L'ALCF e il NERSC sono strutture per gli utenti del DOE Office of Science.

Grazie a queste strutture informatiche, il team sta ora eseguendo modelli climatici migliorati per capire in che modo i cambiamenti climatici influiranno sui livelli dell'acqua nei Grandi Laghi.

Wang ha sottolineato che quando si tratta di resilienza climatica, la velocità di scoperta è fondamentale. "Non vediamo l'ora. Abbiamo bisogno di dati affidabili in questo momento per prepararci ad affrontare le sfide di domani."

Un articolo basato sullo studio è stato pubblicato su The Journal of Geophysical Research:Atmospheres , il 17 maggio 2022. Oltre a Wang, altri autori includono Pengfei Xue, Argonne; Michigan Tech, Houghton; William Pringle, Argonne, e Zhao Yang e Yun Qian, PNNL, Richland, Washington. + Esplora ulteriormente

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