El Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR) ha publicado una versión actualizada de su modelo climático insignia para incluir una serie de nuevas capacidades, desde una representación mucho más realista de la capa de hielo en evolución de Groenlandia hasta la capacidad de modelar en detalle cómo los cultivos interactúan con el sistema terrestre más grande a la adición de ondas impulsadas por el viento en la superficie del océano del modelo.

La versión 2 del modelo Community Earth System (CESM2) es un modelo informático comunitario de código abierto financiado en gran parte por la National Science Foundation, que es el patrocinador de NCAR, y la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU.

Publicado públicamente la semana pasada, CESM2 se basa en una sucesión de modelos climáticos, cada filo para su día, que se remonta a décadas hasta una época en la que su software solo simulaba la circulación atmosférica. En comparación, CESM2 incluye interacciones entre la tierra, Oceano, atmósfera, tierra de hielo y hielo marino, que representan las muchas formas importantes en que interactúan las diferentes partes del sistema terrestre.

"La amplitud de las preguntas científicas que podemos abordar se expandió significativamente; eso es muy emocionante para mí, "dijo Jean-François Lamarque, quien lideró el esfuerzo para desarrollar CESM2 hasta hace poco. "Cada vez que lanzamos un nuevo modelo, proporcionamos una mejor herramienta para hacer ciencia. Es una herramienta más complicada, pero el mundo es muy complicado ".

Las nuevas capacidades de CESM2 incluyen:

• Un componente del modelo atmosférico que incorpora mejoras significativas a sus representaciones de turbulencia y convección, que abren el camino para un análisis de cómo estos procesos a pequeña escala pueden impactar el clima.
• Capacidad mejorada para simular modos de variabilidad tropical que pueden abarcar estaciones y afectar los patrones climáticos globales, incluyendo precipitaciones extremas sobre el oeste de los Estados Unidos. Estas representaciones más realistas permitirán a los investigadores comprender mejor esas conexiones y podrían conducir a mejores predicciones estacionales.
• Un componente del modelo de la capa de hielo terrestre para Groenlandia que puede simular la forma compleja en que se mueve la capa de hielo (lento en el medio y mucho más rápido cerca de la costa) y hace un mejor trabajo al simular el desprendimiento del hielo en el océano.
• Un componente de modelo de cultivo global que puede simular cómo las tierras de cultivo afectan el clima regional, incluidos los impactos del aumento del riego, y cómo el clima cambiante afectará la productividad de los cultivos. El componente también permite a los científicos explorar los impactos de un mayor uso de fertilizantes y mayores concentraciones de dióxido de carbono atmosférico. que puede estimular el crecimiento de las plantas.
• Un componente del modelo de olas que simula cómo el viento crea olas en el océano, un mecanismo importante para la mezcla de la capa superior del océano, lo que a su vez afecta qué tan bien el modelo representa las temperaturas de la superficie del mar.
• Un componente de modelo de río actualizado que simula los flujos superficiales a través de las laderas y hacia los afluentes antes de ingresar al canal principal del río. También simula la velocidad del agua a medida que se mueve a través del canal, junto con la profundidad del agua.
• Un nuevo conjunto de utilidades de infraestructura que brindan muchas capacidades nuevas para una portabilidad más fácil, generación de casos y personalización del usuario, probar la funcionalidad, y mayor robustez y flexibilidad.

Puede encontrar una lista completa de actualizaciones con descripciones más técnicas en http://www.cesm.ucar.edu/models/cesm2/whatsnew.html.

Impulsado por la comunidad, continuamente mejorado

El trabajo en CESM2 comenzó en serio hace unos cinco años, pero los científicos comenzaron a tratar de mejorar el modelo tan pronto como se lanzó CESM1 en 2010. No es diferente con CESM2.

"Ya empezamos a pensar en lo que podemos mejorar para CESM3, "Lamarque dijo." Sabemos, por ejemplo, que queremos mejorar el modelo oceánico para ampliar el tipo de preguntas científicas que se pueden utilizar para responder ".

La colaboración y las aportaciones de la comunidad científica más amplia del sistema terrestre siempre han estado en el centro del complejo desarrollo de modelos facilitado por NCAR. Por ejemplo, el componente de modelo territorial del nuevo CESM2 aprovechó la experiencia de más de 50 investigadores de 16 instituciones diferentes.

CESM, que está disponible gratuitamente, es una herramienta importante para los investigadores de ciencias del sistema terrestre en los Estados Unidos y el mundo que están estudiando todo, desde la previsibilidad de las sequías estacionales hasta el aumento acelerado del nivel del mar. El modelo basado en NCAR es uno de aproximadamente una docena de modelos climáticos líderes en todo el mundo que los científicos utilizan para investigar el clima cambiante y contribuir con lo que encuentran al Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático.

Debido a que el sistema de la Tierra es tan complicado, y los recursos informáticos son tan limitados, los modelos de computadora utilizados para simular cómo se comporta el clima de la Tierra usan una combinación de ecuaciones que realmente representan la física, biología, y la química detrás de los procesos que se desarrollan en el sistema terrestre, desde la evaporación hasta la formación de ozono, la deforestación y el derretimiento del hielo marino, y las "parametrizaciones, "que simplifican los procesos a pequeña escala y estiman sus impactos.

"CESM2 representa mucha más física que los modelos anteriores, y lo estamos haciendo mucho mejor, "dijo el científico jefe de CESM, Gokhan Danabasoglu, quien ahora lidera el esfuerzo de desarrollo del modelo. "Hay numerosas capacidades nuevas en todos los modelos de componentes, así como importantes mejoras de infraestructura para lograr flexibilidad y una portabilidad más sencilla".

Estas ecuaciones mejoradas permiten que el modelo haga un trabajo aún mejor replicando el mundo real.

"El modelo es nuestro laboratorio, el único laboratorio que obtenemos cuando estudiamos el clima, "Dijo Lamarque." Así que tiene que estar lo suficientemente cerca del mundo real para ser relevante ".