Preparando la región de los Grandes Lagos para el futuro a través de la investigación climática

Los investigadores están estudiando la forma en que el aumento de la temperatura del agua afectará a la región de los Grandes Lagos. Su trabajo muestra que las pequeñas diferencias en las temperaturas de la superficie del lago pueden tener un gran impacto en el clima de verano y pueden impulsar el clima extremo: información crucial.

Los Grandes Lagos tienen un profundo impacto en la identidad, la economía y el clima del país. Pero la influencia a largo plazo de los Grandes Lagos en los patrones climáticos regionales, especialmente bajo un clima cambiante, no se ha entendido bien. Esto se debe a que la mayoría de los modelos climáticos no consideran de manera realista cómo la temperatura o el movimiento de seis billones de galones de agua del lago interactúan con la atmósfera.

Un proyecto llamado Coastal Observations, Mechanisms, and Predictions Across Systems and Scales (COMPASS), financiado por la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), está trabajando para abordar esta brecha de conocimiento. En un nuevo estudio, un equipo de colaboradores, incluido Jiali Wang, del Laboratorio Nacional Argonne del DOE, utilizó experimentos modelo regionales de alta resolución para explorar cómo las temperaturas de la superficie del lago pueden afectar el clima de la región de los Grandes Lagos. El equipo descubrió que una pequeña diferencia en las temperaturas de la superficie del lago, solo 1,4 °C de calentamiento, puede tener un gran impacto en el clima de verano, que incluye:

• Aumento de la temperatura del aire cerca de la superficie.
• Aumento de la evaporación sobre los lagos.
• Reducir las grandes tormentas eléctricas aguas arriba de la región de los Grandes Lagos.
• Aumento de tormentas eléctricas más pequeñas y frecuentes aguas abajo de la región de los Grandes Lagos.

Este calentamiento es equivalente al calentamiento potencial de las temperaturas de la superficie del agua del lago. previsto que ocurra a mediados de siglo. El aumento de las temperaturas de la superficie del lago tiene el potencial de desestabilizar las condiciones climáticas regionales en toda la cuenca de los Grandes Lagos. Esto podría aumentar los eventos climáticos extremos, causando tormentas más grandes e inundaciones en un área que alberga a 30 millones de personas. Con tantas vidas y tanta infraestructura en el camino potencial de las tormentas, las predicciones precisas son esenciales. Ahí es donde entran Wang y su equipo.

«Gran parte del trabajo que hacemos en Argonne consiste en hacer que el país sea más resistente a los impactos del cambio climático», dijo Wang, «pero no podemos hablar de volvernos resistentes hasta que comprendamos verdaderamente los riesgos».

La velocidad y la precisión científicas son cruciales para la resiliencia climática

Los científicos del clima necesitan modelos climáticos de alta precisión que les permitan hacer proyecciones a largo plazo, los próximos 20 a 30 años.

Para informar el desarrollo del modelo climático global sobre su representación más precisa de los Grandes Lagos, el nuevo estudio de Wang utilizó mediciones más precisas de la temperatura del agua superficial de los lagos para diseñar experimentos numéricos. En lugar de observar el clima regional desde una perspectiva global, su estudio utiliza resultados de simulación locales y regionales para «acercarse» a la región de los Grandes Lagos. En lugar de ver una resolución de un área de unos pocos cientos de millas, los modelos pueden mirar aún más cerca, hasta un área de unas dos millas.

Otro gran avance del proyecto COMPASS provendrá de su modelo hidrodinámico 3D atmosférico y bidireccional acoplado con retroalimentaciones atmósfera-lago. He aquí por qué esto es un cambio de juego en el modelado climático:

• El acoplamiento bidireccional significa que el modelo considera la interacción en tiempo real de cómo el lago afecta el aire y cómo el aire afecta el lago.
• El modelo 3D considera los patrones de las corrientes del lago, así como la mezcla horizontal y vertical del agua del lago, lo cual es especialmente importante para los lagos grandes y profundos.

Estas mejoras son clave para un modelo climático de alta precisión, pero equivalen a una cantidad extremadamente grande de puntos de datos que deben procesarse. Aquí es donde entra otra herramienta imprescindible: la supercomputadora.

Mejores herramientas, mejores datos, mejores resultados

Wang atribuye el éxito de su equipo a su sólida colaboración y al uso de Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) y el National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), que albergan algunas de las supercomputadoras más rápidas y poderosas del mundo. «Estas simulaciones no serían posibles sin las supercomputadoras», dijo Wang. «La gente habría tardado años en completar los cálculos en una computadora portátil. Sin embargo, con las instalaciones de supercomputación en Argonne y NERSC, podemos ampliar nuestra ciencia y probar conjuntos de datos grandes y complejos muy rápidamente». ALCF y NERSC son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

Gracias a estas instalaciones informáticas, el equipo ahora está ejecutando mejores modelos climáticos para comprender cómo el cambio climático afectará los niveles de agua en los Grandes Lagos.

Wang enfatizó que cuando se trata de resiliencia climática, la velocidad de descubrimiento es clave. «No podemos esperar. Necesitamos datos confiables ahora mismo para prepararnos para enfrentar los desafíos del mañana».

Un artículo basado en el estudio fue publicado en The Journal of Geophysical Research: Atmósferas, el 17 de mayo de 2022. Además de Wang, otros autores incluyen a Pengfei Xue, Argonne; Tecnología de Michigan, Houghton; William Pringle, Argonne, y Zhao Yang y Yun Qian, PNNL, Richland, Washington.