Ian N. Williams es un científico investigador en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), donde es investigador principal en un programa llamado Acoplamiento y convección tierra-atmósfera en el ciclo del agua.

Mas ampliamente, su investigación involucra muchos hilos dentro del mundo de la ciencia atmosférica. Entre las publicaciones del primer autor de Williams se encuentran estudios de radiación solar y trigo de invierno, eventos de vórtice polar, y la convección tropical y las nubes, un interés recurrente desde que concluyó su disertación sobre ese tema en la Universidad de Chicago (Ph.D., 2012).

Últimamente, sin embargo, Williams dedica gran parte de su tiempo al proyecto de interacciones tierra-atmósfera, patrocinado por Atmospheric System Research (ASR), un programa del Departamento de Energía de EE. UU. (En el sitio web de LBNL, su proyecto ASR se combina con otro sobre forzamiento radiativo).

Las interacciones tierra-atmósfera fueron dirigidas anteriormente por la científica senior Margaret Torn, con quien Williams y otros siete investigadores trabajan en el dominio del programa Biosfera-Atmósfera de Torn. Esa es una rama de la División de Ciencias del Clima y Ecosistemas de LBNL. Además de la investigación de ASR, toca el modelado climático y la ciencia de los ecosistemas terrestres.

Entre otras actividades, Williams y su equipo de proyecto están trabajando en formas de mejorar los modelos predictivos del sistema terrestre al afinar las representaciones de la forma en que los procesos terrestres (incluido el carbono, agua, y ciclos de energía) se vinculan a las nubes, radiación y precipitación.

"Las superficies de la tierra tienen influencias sobre el clima que tenemos que hacer bien, " él dice.

Índice de área foliar

En parte, conseguir esas influencias correctamente requiere meterse en la maleza, literalmente. Es decir, comprender el papel de la vegetación en las interacciones tierra-atmósfera, o más generalmente, su papel en el ciclo del agua.

Previamente, se pensaba que la humedad del suelo era el principal impulsor de las variaciones en la fracción evaporativa, una relación que mide cómo se "reparte" la energía sobre las superficies terrestres entre el calor latente y el sensible. Puede utilizarse para inferir el balance energético diario, un parámetro importante en los modelos climáticos.

Williams dio una vez una charla titulada "Devolviendo la tierra a las interacciones tierra-atmósfera, "el punto es, él dice, "que sin tener en cuenta la vegetación, en realidad no se están captando las interacciones".

En un artículo de 2015 que Williams llama "fundamental, "él y Torn defienden una nueva métrica que gira principalmente en el índice de área foliar (LAI) y la absorción de dióxido de carbono en lugar de la humedad del suelo como correlato de la fracción evaporativa.

LAI se utiliza para cuantificar el dosel de las plantas. También es útil para predecir la evapotranspiración, que afecta el balance energético de la superficie terrestre.

"Revisamos lo que controla el flujo de calor superficial, "dijo Williams sobre el periódico, y descubrió "que se ve afectado por más cosas que la humedad del suelo, "incluyendo la transpiración y la fotosíntesis.

Williams también fue el autor principal de un artículo de seguimiento de 2016 con Torn y otros. Probaron la idea de LAI en una versión del Modelo del Sistema Terrestre Comunitario del Centro Nacional de Investigación Atmosférica y demostraron que una mejor representación de la vegetación mejoraba la agudeza predictiva del modelo con respecto a la temperatura y la precipitación.

Mejoras en los modelos de superficie terrestre, concluyeron, puede mejorar la predicción de los extremos climáticos.

"Los modelos están demasiado restringidos por la humedad del suelo" solo, dice Williams, "que tiene impactos en la predicción del clima".

Para uno, él dice, si la evaporación de la humedad de la superficie es "erróneamente baja, que puede llevar a un sesgo de predicción, (incluidas) temperaturas demasiado cálidas ".

El siguiente artículo relacionado con Williams-Torn, ahora en revisión, analiza más específicamente los impactos de este nuevo esquema de modelo en las predicciones de nubes convectivas y precipitación en escalas estacionales.

Interpretación de los flujos de carbono

Williams todavía estaba en la escuela de posgrado cuando durante dos veranos (2006 y 2009), trabajó en LBNL como asistente de investigación. Rasgado estaba allí junto con otros dos científicos que serían futuros coautores:el experto en ecosistemas terrestres William Riley y Sebastien Biraud, cuya especialidad es la observación y medición de gases traza atmosféricos.

"Ahí es donde realmente aprendí sobre el ciclo del carbono y sobre cómo incorporar la fotosíntesis en los modelos del sistema terrestre, ", dice." Tuve la suerte de tener esa exposición desde el principio ".

Williams regresó como becario postdoctoral (2012-2016) después de su Ph.D. trabajar en convección tropical. Pero trajo algo más del Departamento de Ciencias Geofísicas de la Universidad de Chicago:una apreciación por el trabajo interdisciplinario.

Su asesor de tesis, Raymond Pierrehumbert, ahora profesor de física en la Universidad de Oxford, "me enseñó la importancia de pensar en el clima como un sistema acoplado, "dice Williams, "y cuán equivocado puede estar si no adopta un enfoque de sistemas y en su lugar observa la insolación de un componente. Es esta perspectiva de sistemas la que le da al trabajo interdisciplinario su importancia para mí".

Mientras que Williams tomó esa lección como Ph.D. estudiante, también cultivó un interés por los problemas de la geología y el paleoclima.

"No se puede separar la geología de la biología en estas escalas de tiempo, " él dice, "y eso siempre estuvo en mi mente:la importancia de la biología".

Modelos de superficie terrestre, De nuevo

Esa amplia experiencia intelectual durante el Ph.D. Los estudios prepararon a Williams muy bien, no solo para los temas que conoció en LBNL (interpretación de gases traza y flujos de carbono), sino también para una transición a lo que él llama "la tercera generación de modelos de la superficie terrestre".

Esa transición comenzó alrededor de 2005, dice Williams. "Fue la primera vez que se incluyeron plantas en modelos climáticos de manera mecanicista, teniendo en cuenta los ciclos acoplados del carbono y el agua, "gracias al trabajo pionero de Joseph Berry, un experto en interacciones biosfera-atmósfera ahora en la Carnegie Institution for Science. (Williams interactuó con él durante su primer verano en el laboratorio de Torn en 2005).

Incluso hoy, él añade, "Este tipo de modelos son bastante nuevos. No hemos explorado todas las incertidumbres y consecuencias para el clima".

Todavía, es imposible separar el clima del ciclo del carbono en escalas decenales.

"Es una perspectiva necesaria, "dice Williams, un reconocimiento, para uno, que con el tiempo los bosques pueden colapsar en pastizales, "lo que tendría un efecto de primer orden en el ciclo del agua. Los modelos atmosféricos que estamos desarrollando tienen que ser robustos a esos cambios. No podemos simplemente ajustar los modelos para la superficie terrestre actual".

Es un trabajo importante.

"El simple hecho es que el clima se ve afectado por la superficie terrestre debido a los flujos de agua y energía en la interfaz tierra-atmósfera, "dice Williams, en una interacción de la humedad del suelo, tipos de plantas, y la altura del dosel de la planta, que puede ser de pulgadas a cientos de pies.

Todas estas interacciones también son parte del problema de parametrización de nubes convectivas.

"La convección es el resultado de una secuencia, una cadena de procesos, ", dice." Es importante hacer bien cada eslabón de esta cadena ".

Observando el clima

Alrededor de la época en que comenzó la escuela secundaria, Williams y su familia se mudaron de los suburbios de Filadelfia (donde experimentó la épica Blizzard de 1993) a los suburbios de Kansas City. Kansas, "donde solo unos meses después de que llegamos allí, las sirenas del tornado se dispararon. El clima fue realmente diferente ".

Cuando la primera celda de tormenta pasaba sobre su ciudad, Williams se refugió en una habitación del sótano donde vio cómo se desarrollaba el drama en un viejo televisor en blanco y negro. "Todavía recuerdo cómo se veía el eco del radar, " él dice.

La gente de Kansas conoce el clima preocuparse por eso, cuidado con eso, y conoce la jerga, él dice. "Chorros de bajo nivel, sistemas convectivos. La gente está muy bien informada ".

Pronto Williams también lo fue. A los 15 años, estaba rastreando los datos del Servicio Meteorológico Nacional y leyendo discusiones sobre pronósticos técnicos en línea y leyendo libros de texto para buscar términos que no conocía.

En su segundo año, Williams estaba descargando datos meteorológicos numéricos, escaneo de pronósticos meteorológicos estacionales, e investigando, en un año de El Niño, los efectos de las temperaturas de la superficie del océano en el clima.

"Me interesé en la ciencia de manera más general a través de mi interés en la ciencia atmosférica, ", dice de sus años de escuela secundaria". Después de eso, Me tomé la física más en serio. Me tomé las matemáticas más en serio ".

Williams, un pianista, Comenzó la universidad en la Universidad de Kansas para estudiar música. Pero despues, atraído a estudiar ciencias atmosféricas, se trasladó a la Universidad de Cornell (Licenciatura 2005, SRA. 2007).

"La pasión por comprender el tiempo y el clima era algo a lo que siempre volvía, " él dice.

'Abrazar la complejidad'

En la Universidad de Chicago, Williams cubrió mucho terreno —y mar— en su investigación doctoral. Analizó dos cuestiones:el efecto radiativo de las nubes convectivas en los trópicos ("una gran preocupación por la proyección climática, ", dice) y el acoplamiento entre la superficie del océano y el equilibrio energético de la Tierra.

Hoy en LBNL, el futuro cercano implica "abrazar la complejidad, ", dice Williams. Eso incluye la combinación de datos de observación con modelos atmosféricos de alta resolución que se acoplan a modelos de la superficie terrestre, todo para investigar la interacción con las nubes" de forma experimental, " él dice.

¿Hay vida para él fuera de la ciencia?

Algunas veces, dice Williams. Le gusta hacer excursiones de un día con su esposa y, últimamente, leer sobre otros científicos, incluido el premio Nobel Ernest O.Lawrence, el fundador de LBNL.

Un libro lanzó lo que él llama "mi programa de lectura actual":la historia de 2007 del dendrocronólogo Edmund Schulman, quien desarrolló registros climáticos de antiguos pinos de piña. (Algunos tienen más de 4, 000 años.)

Su última incursión en la imprenta fue "Los hermanos Vonnegut:ciencia y ficción en la casa de la magia, "una biografía dual del científico de la nube Bernard Vonnegut y el novelista Kurt Vonnegut Jr.

"Es interesante, leyendo sus historias, ", dice Williams de otros científicos." Me identifico con algunas de ellas:las dificultades de una carrera científica y cómo encontraron su camino ".