Ma ultimamente, i ricercatori hanno notato sottili cambiamenti nelle misurazioni delle maree superficiali che non coincidono con i cambiamenti nell’attrazione gravitazionale della Luna e del Sole. Invece, i dati raccolti e la teoria indicano che dietro le osservazioni potrebbe esserci una superficie oceanica in riscaldamento.

Per studiare questi fenomeni, il dottor Michael Schindelegger dell'Università di Bonn ha utilizzato le risorse di supercalcolo presso il Jülich Supercomputing Center (JSC) per comprendere meglio i dati osservativi raccolti tra il 1993 e il 2020, migliorando la precisione della circolazione oceanica tridimensionale (3D) modelli nel processo.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Communications Earth &Environment .

"Le maree spesso mascherano altri segnali potenzialmente interessanti e meno prevedibili legati, ad esempio, alla circolazione generale dell'oceano o agli effetti del cambiamento climatico", spiega Schindelegger. "L'estrazione di segnali climatici dalle osservazioni oceanografiche dipende anche dalla precisione con cui possiamo modellare le maree, compresi i loro potenziali cambiamenti nel tempo."

Le correnti interne aggiungono complessità

Gli scienziati stimano che i 700 metri superiori dell’oceano assorbano circa il 90% del calore in eccesso intrappolato nel sistema climatico in via di riscaldamento. Man mano che questa zona dell'oceano si riscalda, si espande e diventa meno densa, portando a un contrasto maggiore nella densità dell'acqua rispetto ai livelli inferiori dell'oceano che rimangono più freddi e densi.

Nello specifico, Schindelegger e i suoi colleghi stanno esplorando la relazione interattiva tra il riscaldamento climatico, la stratificazione oceanica come misura del contrasto di densità e due tipi di correnti di marea:le maree barotropiche, che si riferiscono al movimento periodico delle correnti oceaniche associate alle forze gravitazionali; e maree barocline o interne, che si verificano quando le maree barotropiche scorrono contro la topografia sottomarina, come una cresta, facendo sì che onde di acqua più densa dalle profondità si spingano verso l'alto nelle acque superficiali meno dense.

“Il riscaldamento nella parte superiore dell’oceano aumenta il trasferimento di energia dalle maree barotropiche a quelle barocline, in modo tale che le maree dell’oceano aperto stanno ora perdendo una piccola percentuale in più di energia mareale verso le onde interne rispetto a tre decenni fa”, spiega Schindelegger. Per valutare la gravità di questi cambiamenti e prevederne l'impatto sulle regioni costiere, le simulazioni sono diventate uno strumento essenziale.

I dati osservativi e la modellazione devono lavorare insieme

Osservare e modellare le maree oceaniche non è una novità e nuovi dati su cui lavorare diventano disponibili ogni ora di ogni giorno. Tuttavia, i dati raccolti vicino alla costa possono essere affetti da “rumore” ed errori, mentre i modelli computerizzati sono sempre rappresentazioni semplificate dei processi nel mondo reale. Questo è il motivo per cui, secondo Schindelegger, è imperativo considerare sia i dati osservativi che i modelli quando si testano i cambiamenti delle maree.

Inoltre, considerare le maree in un oceano più realistico e stratificato, comprese queste maree barocline, significa che i modelli oceanici 2D consolidati dovrebbero essere ampliati per includere la profondità come terza dimensione e avere una risoluzione orizzontale più elevata per ottenere una precisione utile.

"I primi tentativi di modellazione erano limitati a un modello oceanico a uno strato e a densità costante, che potevo eseguire anche su una singola CPU", afferma Schindelegger. "Ma quando ho iniziato a ricercare le cause dei cambiamenti nelle maree oceaniche, in particolare gli effetti della stratificazione, i modelli 3D di circolazione generale sono diventati essenziali."

Schindelegger afferma di aver impiegato circa cinque anni ad aggiungere gradualmente complessità al modello, ma è diventato chiaro che per ottenere la risoluzione necessaria per modelli 3D accurati sarebbe stata necessaria una maggiore potenza di calcolo. Per questo motivo, Schindelegger e i suoi colleghi si sono rivolti al supercomputer di JSC, JUWELS.

"Poiché la griglia computazionale si estende anche in direzione verticale, abbiamo circa 300 milioni di punti della griglia per diagnosticare le variabili rilevanti di pressione, temperatura e salinità dalle equazioni del modello", afferma Schindelegger.

"Abbiamo dovuto utilizzare un milione di ore core per eseguire con successo il progetto. Distribuire l'attività su un gran numero di nodi computazionali è stata fondamentale per ottenere tempi di esecuzione fattibili ed evitare problemi di memoria. Le risorse disponibili su JUWELS hanno fornito le basi necessarie per questo tipo di applicazione ."

Predire le maree future

Schindelegger afferma che, anche se questi cambiamenti delle maree superficiali sono finora impercettibili – un calo di circa un centimetro in diversi decenni sulla costa, e ancor meno nelle profondità dell’oceano – vale comunque la pena continuare a migliorare il modello 3D fino a quando non sarà in grado di prevedere con con ragionevole precisione il modo in cui questi cambiamenti nella stratificazione degli oceani influenzeranno le regioni costiere in futuro. Soprattutto per luoghi come il Golfo del Maine o l'Australia settentrionale, dove le maree sono pronunciate e incontrano una topografia sottomarina complessa, anche questi piccoli cambiamenti possono avere implicazioni considerevoli.

Con un accesso continuo alle risorse del supercalcolo, Schindelegger e i suoi collaboratori potranno sfruttare un potente strumento per integrare lo studio dei dati osservativi. Presi insieme, questi due metodi di ricerca aiuteranno i ricercatori nel campo delle geoscienze a comprendere meglio il ruolo che un oceano in riscaldamento svolge per le maree e il loro ruolo nel sistema climatico.