Muchas de las ciudades más grandes del mundo se construyen cerca de las costas, ya sea a lo largo de ríos u océanos. La humanidad depende de las vías fluviales para el transporte, comercio y sustento. Sin embargo, Las vías fluviales también pueden desencadenar inundaciones devastadoras que provocan miles de millones de daños, pérdida de vida, y esfuerzos de limpieza de años.

Dos áreas geográficamente distintas que son propensas a lidiar con la furia de las inundaciones, la provincia canadiense de Quebec y el estado alemán de Baviera han estado colaborando durante una década para investigar los impactos del cambio climático en los recursos hídricos. El último esfuerzo de esta asociación, el Proyecto ClimEx, tiene como objetivo mejorar la comprensión de los investigadores sobre la dinámica de las inundaciones graves en condiciones climáticas cambiantes. "Este conocimiento es de fundamental importancia, "dice el Prof. Dr. Ralf Ludwig, Profesor de Geografía en la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Munich y líder de proyecto de ClimEx. "Comprender estos fenómenos nos ayuda a prepararnos mejor y mejorar la adaptación a los crecientes eventos extremos que esperamos enfrentar en nuestro futuro".

"El objetivo de ClimEx es investigar inundaciones extremas asociadas con largos períodos de retorno, "dijo Martin Leduc, investigador del clima en la organización de investigación sin fines de lucro Ouranos y socio del proyecto ClimEx. "Si miras las observaciones, solo tiene un período de tiempo relativamente corto para hacer referencia, a menudo menos de 30 años de precisión, datos detallados. Para las inundaciones más extremas, estos son fenómenos que ocurren una vez al siglo ".

Para modelar de manera eficiente las tendencias climáticas a largo plazo, los colaboradores de ClimEx están utilizando la supercomputadora SuperMUC en el Centro de Supercomputación de Leibniz (LRZ). El equipo publicó sus resultados más recientes en el Revista de meteorología aplicada y climatología , simulando el clima en Quebec y Baviera desde 1950 hasta 2100.

Acercándonos, esparciéndose

Estudiar las tendencias y los cambios climáticos de forma computacional, Los investigadores utilizan un modelo climático para dividir el área de estudio en una cuadrícula para simular los innumerables procesos y propiedades meteorológicos que forman el clima de un área.

Con una cantidad finita de potencia de cálculo disponible para cualquier simulación dada, los investigadores tienen que simular un área representativa del mundo a lo largo de un período de tiempo lo suficientemente largo para establecer tendencias climáticas y, al mismo tiempo, capturar suficientes detalles para verificar la capacidad de un modelo para predecir el comportamiento climático pasado y, Sucesivamente, predecir eventos climáticos futuros. Por lo tanto, tal experimento implica un equilibrio entre la duración de las simulaciones, el nivel de detalle (resolución) de la cuadrícula, y el tamaño del área cubierta.

Para equilibrar estas demandas, Los científicos del clima utilizan una combinación de un modelo climático global (GCM) y un modelo climático regional (RCM). Mientras que los GCM simulan el clima en todo el mundo, tienen que sacrificar el nivel de detalle, lo que significa que la distancia entre dos celdas de cuadrícula vecinas debe ser superior a 100 kilómetros. Utilizando la versión 5 del Modelo Climático Regional Canadiense (CRCM5) que fue desarrollado por el Centro ESCER de l'Université du Québec à Montréal en colaboración con Environment and Climate Change Canada, los investigadores pueden estudiar áreas del mundo con mucho mayor detalle utilizando cuadrículas con una resolución de 12 kilómetros. Esto permitió al equipo LMU-Ouranos-LRZ ejecutar sus simulaciones que incluyen fenómenos climáticos relevantes en alta resolución.

Para comprender y predecir mejor las inundaciones, el equipo reduce aún más la escala de las simulaciones ClimEx estadísticamente para proporcionar datos de entrada para Modelado hidrológico de alta resolución. Este nivel de detalle no solo ayuda a anticipar y planificar mejor los eventos de inundaciones a gran escala en Baviera y Quebec, pero también ayuda a proporcionar información de mayor calidad para otros modelos de impacto y tomadores de decisiones.

Leduc también mencionó el "efecto mariposa" en relación con las simulaciones climáticas; incluso las simulaciones de mayor resolución no pueden explicar todos los cambios minúsculos que pueden influir en los cambios climáticos. Más lejos, los investigadores no tienen forma de saber cuánto reducirá la humanidad sus emisiones en las próximas décadas, lo que podría influir significativamente en los patrones climáticos. En ClimEx, el equipo realizó 50 simulaciones para Bavaria y 50 para Quebec, con cada iteración introduciendo cambios leves en los datos de entrada, dándoles un total de 7, 500 años de datos climáticos para cada ubicación.

Estas simulaciones no solo son computacionalmente costosas, pero también generan una gran cantidad de datos:más de 500 terabytes, De hecho. Para obtener resultados significativos de estas simulaciones y el análisis de datos que sigue, los investigadores necesitan acceso a recursos informáticos líderes en el mundo.

"Hacer estas simulaciones requirió una cantidad increíble de recursos computacionales y los cálculos duran más de 6 meses, "Dijo Leduc. El personal de LRZ ayudó a garantizar que el equipo pudiera ejecutar sus simulaciones de la manera más eficiente posible, y ayudó al equipo a obtener acceso a una isla computacional completa en SuperMUC para acelerar sus simulaciones, y pudo ayudar al equipo a optimizar su código y administrar su enorme cantidad de datos.

Pronosticar el futuro

Las simulaciones del equipo mostraron un buen acuerdo con los datos climáticos históricos, dejándolos confiados en su poder predictivo y su capacidad para ayudar a mejorar los modelos de impacto y las estrategias regionales de adaptación. Ludwig confirma que el equipo está compartiendo sus datos con la comunidad de investigación, y explica que el experimento ClimEx puede ayudar a los investigadores a estudiar las probabilidades futuras de eventos extremos como olas de calor, inundaciones e incendios, y vincular los patrones meteorológicos con el desarrollo de estos eventos extremos. Este conjunto de datos ayuda a los científicos y funcionarios gubernamentales a evaluar mejor las proyecciones de riesgo de inundaciones y a desarrollar métodos más sólidos para mitigar los impactos de las inundaciones.

En el peor de los casos, en el que las emisiones de carbono continúan creciendo aproximadamente un uno por ciento por año, el modelo predice que los veranos europeos serán más calurosos en un promedio de hasta ocho grados centígrados por año a partir de 2080, y que los inviernos quebequenses serían hasta 12 grados más cálidos durante el mismo período de tiempo.

"Estas proyecciones hacen referencia al verano en Europa, y esto es importante, porque este calentamiento se producirá al mismo tiempo que una disminución de las precipitaciones, lo que significa que Europa podría tener veranos mucho más cálidos y secos, lo que aumenta la posibilidad de olas de calor y sequías más extremas, "Dijo Leduc." Debemos mantener las cosas en perspectiva, aunque. El modelo asume un camino para futuras emisiones de gases de efecto invernadero, y esa parte aún es incierta. No sabemos cuánto limitaremos las emisiones de CO2 en el futuro ".