Het werk werd gepresenteerd tijdens een paneldiscussie over klimaat op 10 april, tijdens FAPESP Week Illinois, in Chicago (Verenigde Staten).

"We beginnen nu het hydroklimaat van Zuid-Amerika correct weer te geven op de benodigde schaal", zegt Francina Dominguez, onderzoeker bij het National Center for Supercomputing Applications van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en coördinator van het project. .

Volgens Dominguez is het klimaat in Zuid-Amerika, net als in alle delen van de wereld, aan het veranderen. Er zijn toegenomen droogtes geregistreerd in het zuidelijke Amazonegebied, de Cerrado-regio, het noorden van Brazilië en Chili. Dit scenario heeft gevolgen gehad voor de landbouwopbrengsten, de watervoorziening voor reservoirs, de opwekking van waterkracht en voor tientallen miljoenen mensen in grote stedelijke gebieden zoals São Paulo, Rio de Janeiro en Santiago de Chili.

De Andesgletsjers, die een belangrijke waterbron zijn, hebben 30% van hun oppervlakte in de tropen verloren en tot 60% in de zuidelijke Andes, het hoogste percentage gletsjermassaverlies ter wereld. Aan de andere kant heeft het zuidoosten van Zuid-Amerika sinds het begin van de 20e eeuw te maken gehad met een toename van de jaarlijkse regenval en een intensivering van de zware neerslag.

“Zuid-Amerika wordt geconfronteerd met twee gigantische krachten, namelijk klimaatverandering en verandering in landgebruik, die niet alleen in het Amazone-regenwoud hebben plaatsgevonden, maar ook in andere delen van de regio, zoals de Chaco in Argentinië. We hebben ook zeer grote veranderingen in zowel het mondiale als het regionale klimaat. Als gevolg van deze processen hebben we waargenomen dat klimaatextremen over het hele continent veranderen, waardoor de water- en voedselzekerheid van miljoenen mensen in gevaar komt”, aldus Dominguez.

Toekomstige klimaatprojecties zijn gebaseerd op mondiale klimaatmodellen (GCM's). Ondanks dat ze de afgelopen decennia enorm zijn verbeterd, zijn deze conceptuele representaties van het mondiale klimaat niet in staat de details van het Zuid-Amerikaanse hydroklimaat vast te leggen en vertonen ze aanzienlijke vervormingen, merkte de onderzoeker op.

Een deel van dit probleem houdt verband met de grove ruimtelijke resolutie van deze modellen, waarvan de horizontale rasterafstand, die het land en de oceanen vertegenwoordigt, in de orde van tientallen kilometers (km) ligt. Als gevolg hiervan zijn ze niet in staat om processen correct weer te geven die plaatsvinden op kleinere schaal en in bergachtige gebieden, zoals hulpregen (die optreedt wanneer wolken obstakels zoals heuvels en bergen tegenkomen) en sneeuwval die zich ophoopt op bergen en gletsjers.

"Met de huidige GCM's is het niet mogelijk om complexe topografieën te zien, en dat is een probleem in Zuid-Amerika, waar de Andes en andere gebieden met dat kenmerk zijn", zei Dominguez.

GCM's slagen er ook niet in om op realistische wijze cyclonen, lage jets (de smalle zone met maximale wind die optreedt in de eerste paar kilometer van de atmosfeer) en stormen van georganiseerde verbindingssystemen weer te geven.

"In regio's van het River Plate-bekken, maar ook in São Paulo en andere grote stedelijke en landbouwgebieden in Zuid-Amerika, is georganiseerde convectie een van de belangrijkste neerslagmechanismen en wordt deze niet correct weergegeven in mondiale klimaatmodellen", aldus Dominguez.

Op basis van deze bevinding hebben de onderzoekers, via een onderzoeksconsortium genaamd de South America Affinity Group, twee computersimulaties uitgevoerd van een weeronderzoeks- en voorspellingsmodel (WRF) met een ongekend hoge resolutie en een rasterafstand van 4 km, die de historische weersomstandigheden van het continent weergeeft. en toekomstig klimaat.

Het doel is om de historische simulatie te gebruiken om het model te valideren en de hydroklimatologische kenmerken van het continent beter te begrijpen, en om de toekomstige klimaatsimulatie te gebruiken om de veranderingen te beoordelen die waarschijnlijk zullen optreden in Zuid-Amerika onder een warmer klimaat.

"Dit is een grote inspanning waarbij meer dan honderd wetenschappers betrokken zijn, waarvan velen uit Brazilië en de meeste uit São Paulo", aldus Dominguez.

Lage rekenprestaties

Volgens Kelvin Droegemeier, hoogleraar atmosferische wetenschappen aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, zijn er de afgelopen jaren ongelooflijk geavanceerde modellen van het aardsysteem ontwikkeld, die onder meer de atmosfeer, het ijs, de oceanen en de biogeochemische cycli weergeven. /P>

Deze modellen vereisen zeer krachtige computers voor integratie op de lange termijn. Het probleem is echter dat ze slechts een klein deel van de maximale capaciteit van de huidige machines kunnen bereiken.

"De huidige modellen bereiken slechts tussen de 2% en 3% van een exascale machine [een soort krachtige computer met een capaciteit die ongeveer duizend keer sneller is dan de krachtigste supercomputers die momenteel worden gebruikt]. Het is alsof deze modellen een Ferrari of een Formule 1-racewagen en kon slechts met een snelheid van 25 kilometer per uur worden gereden", vergelijkt de onderzoeker.

Bovendien hebben de modellen resolutie- en natuurkundige problemen en zijn ze niet in staat details vast te leggen, zoals processen die plaatsvinden in regio's zoals Zuid-Amerika. "Deze modellen hebben veel problemen, maar de fout ligt niet bij hen, maar bij de systemen waarop ze draaien", legt Droegemeier uit.

Om de rekencapaciteit voor het uitvoeren van aardsysteemmodellen te vergroten, zal de Amerikaanse universiteit tussen eind september en begin oktober van dit jaar een internationale bijeenkomst houden, gericht op de ontwikkeling van een rekensysteem voor baanbrekende aardsysteemwetenschap op het gebied van klimaatsimulatie en -projectie.

"Het doel zal zijn om te bespreken waar de computersystemen zich bevinden waarmee we deze modellen met een zeer hoge mondiale resolutie kunnen uitvoeren. We hebben geïnteresseerde partijen, zoals chipfabrikanten als NVIDIA en Intel, die geïnteresseerd zijn om deel te nemen aan de discussie", aldus de onderzoeker. .

De Amerikaanse universiteit ontwikkelt ook een blauwdruk voor de oprichting van een nationaal centrum voor het voorspellen van extreme gebeurtenissen veroorzaakt door klimaatverandering, en een ander voor de wetenschap van voorspellingen en de toepassingen ervan, kondigde Droegemeier aan.

Marcos Buckeridge, professor aan de Universiteit van São Paulo (USP), nam ook deel aan de paneldiscussie over klimaatstudies.

Geleverd door FAPESP