Modelele de pământ pot prezice viitorul planetei, dar nu ale lor

In anii ’60, Meteorologul Edward Lorenz a efectuat simulări meteo pe un sistem informatic timpuriu, când și -a dat seama că o mică diferență de rotunjire a dus la predicții meteorologice extrem de divergente. Ulterior, el a numit această idee efectul fluturelor pentru a comunica că mici modificări ale condițiilor inițiale, cum ar fi un fluture care -și aruncă aripile în Nepal, ar putea produce rezultate sălbatic diferite, precum ploaia din New York.

Dar înțelegerea mai bună a acestor condiții inițiale și modul în care se cuplă lumea biologică cu cea atmosferică poate oferi predicții mai bune despre viitorul planetei – de unde ar putea fi cele mai necesare umbrelele într -un anumit sezon până unde nevoile de energie electrică ar putea să stârnească rețeaua.

Astăzi, calculatoarele sunt mult mai puternice decât atunci când Lorenz lucra, iar oamenii de știință folosesc un tip special de simulare care reprezintă fizică, chimie, biologie și cicluri de apă pentru a încerca să înțeleagă trecutul și să prezice viitorul. Aceste simulări, numite modele de sistem de pământ, sau ESMS, încearcă să considere planeta ca un sistem format din componente care se aruncă și se împletesc reciproc. Oamenii de știință au dezvoltat pentru prima dată modele climatice fizice în anii ’60 -’70 și au devenit mai buni la integrarea modelelor atmosferice și oceanice în anii următori. Pe măsură ce atât cunoștințele de mediu, cât și puterea de calcul au crescut, au început să stropească în celelalte variabile, ceea ce duce la ESM-urile din zilele noastre.

„Se cuplează împreună, de obicei, un model de atmosferă, un model oceanic, un model de gheață de mare, model de teren, împreună pentru a obține o imagine completă a unui sistem fizic”, a declarat David Lawrence, un om de știință senior la Centrul Național de Cercetare Atmosferică și Laboratorul Global Dynamics Global, pe care a menționat -o recent schimbată în laboratorul CGD pentru a elimina cuvântul climat. Modelele se deplasează, de asemenea, dincolo de componentele fizice ale planetei, inclusiv chimia și biologia.

În acest sens, ESMS poate găsi concluzii surprinzătoare. În 2023, de exemplu, modelul de sistem Energy Exascale Earth, sau E3SM, care a fost construit de Departamentul Energiei, a constatat că, în simulare, formele cavităților din gheața din Antarctica afectează în mod semnificativ marea la mulți kilometri distanță, de -a lungul coastei nord -americane. Acea conexiune separată cu emisfera este doar un exemplu despre modul în care includerea unei variabile neașteptate poate afecta un rezultat din lumea reală și doar unul dintre numeroasele exemple care vor ieși din E3SM.

E3SM este unul dintre cele mai importante modele ale sistemului de pământ din lume, pe care DOE a lucrat de mai bine de un deceniu, condus de Laboratorul Național Lawrence Livermore din California. Dar, ca parte a reducerilor bugetare și programatice propuse în cadrul administrării președintelui Donald Trump, cercetările E3SM și a sistemului de pământ sunt amenințate: site-ul modelului a fost spălat de unele informații, iar bugetele federale propuse și-au încheiat utilizarea viitoare pentru activitățile legate de climă-una dintre funcțiile sale de bază-deși nu este neîncetat cât de exact se va rezolva acest lucru. Cercetătorii externi ar putea, desigur, să utilizeze modelul pentru a studia orice întrebări de cercetare pe care le doresc, cu condiția să poată primi finanțare.

E3SM este mult mai fin decât majoritatea acestor modele, oferind rezultate mai adaptate și mai precise pe o anumită regiune. Este folosit pentru a prezice evenimente extreme, cum ar fi inundațiile, și spre deosebire de majoritatea celorlalte modele, pentru a înțelege modul în care climatul interacționează cu sistemul de putere – cum ar fi modul în care vremea extremă poate impozita rețeaua sau poate face ca acesta să se încadreze. Ambele tipuri de studii contează pentru oamenii care își trăiesc viața, pe lângă vremea vremii.

DOE a anunțat deja aproximativ 100 de milioane de dolari în finanțare între 2018 și 2022, conform declarațiilor disponibile publicului situate, pentru a îmbunătăți și îmbunătăți modelul. Această sumă nu include resursele care ar fi intrat în dezvoltarea inițială. Aceste investiții mai recente pot fi acum în discuție. „Nu este nimic definitiv”, a spus Lawrence. Dar bugetul propus de agenție ar scădea atât finanțarea, cât și capacitatea.

Între timp, experții spun că reducerile de finanțare ar putea însemna că abilitățile de modelare migrează peste mări, o anumită știință nu poate fi realizată niciodată, iar expertiza s -ar putea pierde.

Cu această eliminare a talentului, a spus Andrew Dessler, profesor de științe atmosferice la Texas A&M University, țări precum China ar putea să ajungă în SUA „ar fi fost foarte greu pentru ei să aibă o organizație științifică mai respectată sau un sistem științific decât SUA”, a spus Dessler. „Universitățile noastre de cercetare sunt într -adevăr invidia lumii, iar laboratoarele noastre guvernamentale sunt invidia lumii.”

Dar nu vor fi, a spus el, dacă țara pierde expertiza celor care lucrează în ei.

EOamenii de știință 3SM Doriți să înțelegeți cum se schimbă pământul în timp și cât de multe condiții variază în cadrul proiecțiilor pe termen lung-cum ar fi, să spunem, modul în care temperatura medie se poate crește în timp, dar temperaturile extrem de scăzute explodează totuși Colorado. În cele din urmă, acești oameni de știință speră să încorporeze suficientă chimie, fizică și biologie pentru a crea un „gemeni digitale” al planetei – Modeling Earth într -un mod adevărat pentru forma sa reală.

Acesta este un obiectiv înalt, mai ales că a ajuns chiar și în actuala etapă, mai puțin gemene, a luat oamenii de știință mai mult de 10 ani de dezvoltare software și modificări. „Modelele sunt foarte mari în ceea ce privește cât de mult cod există”, a spus Lawrence, omul de știință al sistemului de pământ la NCAR. (Prin intermediul unui purtător de cuvânt, Laboratorul Național Lawrence Livermore, ai cărui oameni de știință conduc dezvoltarea modelului, au refuzat să comenteze pentru această poveste.

Cu toate acestea, Lawrence știe acest lucru, în calitate de șef al unui proiect similar, numit Modelul Sistemului de Pământ comunitar, a cărui versiune timpurie a servit ca bază pentru E3SM.

În urmă cu aproximativ 30 de ani, oamenii de știință de la NCAR au început să lucreze la construirea modelului comunitar pe o fundație existentă la agenție. În construirea modelului comunitar, au colaborat cu cercetătorii DOE, iar agenția a sponsorizat modelul. Mai târziu, însă, DOE a decis să urmărească priorități de cercetare ușor diferite, potrivit lui Lawrence.

Una dintre aceste priorități, pe care au început să le urmărească în 2014 cu lansarea oficială a proiectului, a implicat să profite de computere puternice. Agenția, pe lângă studierea climatului și energiei, este, de asemenea, responsabilă de arme nucleare. Deține unii dintre cei mai puternici supercomputeri din lume pentru a simula lucrările interioare ale acelor arme și a face știință pe partea.

Doe, fidel numelui său, a dorit să se concentreze și pe probleme de energie. Înțelegerea mașinațiilor meteo și a apei planetei este esențială pentru, să spunem, să știți cum să răciți centralele electrice sau când temperaturile ar putea impozita rețeaua. Oamenii de știință din NCAR s -au concentrat mai puțin pe energie și nu aveau aceeași mușcătură de calcul, potrivit lui Lawrence.

Și astfel cele două grupuri s -au despărțit. După aproximativ un deceniu de dezvoltare, oamenii de știință E3SM și -au atins obiectivul principal în 2023: o simulare terestră construită pentru un supercomputer exascale („Exascale” înseamnă că supercomputerul poate face un calcul pentru quintillion pe secundă – milioane de ori mai rapid decât un laptop). După o revizuire planificată pentru sfârșitul acestui an, proiectul va începe a patra iterație în 2026.

E3SM a fost util pentru cercetătorii DOE, dar și pentru cei independenți, care folosesc modelul pentru a răspunde la propriile întrebări arzătoare. Cercetătorul de mediu Yi Yao, de exemplu, a folosit E3SM pentru a înțelege modul în care irigarea afectează nu doar planeta, ci oamenii de pe ea. „Este foarte important să știm că activitățile umane modifică sistemul și poate provoca unele consecințe catastrofale”, a spus Yao, un postdoc la ETH Zurich, care, împreună cu coautorii, a publicat rezultatele studiului său în Comunicări naturale.

Irigația, a constatat, contribuie la „căldura umedă”-în mod esențial, umiditatea, naturală și cauzată de oameni. „Fermierii care lucrau în domeniu, sănătatea lor – viața lor chiar – pot fi puse în pericol de căldura umedă”, a spus el, nu ceva ce angajatorii lor au prognozat în general atunci când irigați și planifică operațiunile. Irigarea, de fapt, a fost propusă ca o strategie pentru gestionarea căldurii, prin răcirea temperaturii suprafeței, ceea ce arată că studiul său nu ar fi eficient.

Important, munca lui Yao a comparat rezultatele dintr -o varietate de ESM. Aceasta este o practică obișnuită în domeniu, iar o parte a motivului pentru care este important să aveți mai multe modele. „Evident, fizica lumii, biologia lumii, chimia lumii, există o singură versiune a acesteia”, a explicat Lawrence. „Dar modul în care reprezentați acest lucru este atât de complex încât nu există niciun răspuns.” Interpolarea dintre diferite răspunsuri îi ajută pe oamenii de știință să învețe mai mult decât ar putea doar dintr -un singur model.

Alți oameni de știință au folosit recent E3SM pentru a afla că se poate transforma temperaturile medii în creștere terenuri agricole în creatorii de carbon în loc de chiuvete de carbon, asta Ploile intense împingeți nutrienții în Golful Mexic și asta Uragane din Pacific Acea primă viteză spre vest, dar apoi întoarce coada spre nord, scade numărul de incendii forestiere din sud -vestul american.

Dar, dincolo de întrebările climatice mari, modelele de sistem de pământ precum E3SM sunt de asemenea utile la un nivel mai practic. Acest lucru este valabil mai ales în timp ce oamenii de știință lucrează pentru a le face mai fiabile în timp, „așa că le puteți folosi cu adevărat pentru a lua tot felul de decizii, fie că este ceea ce veți face pentru vacanța de vară pentru a face față cu creșterea nivelului mării în regiunea dvs.”, a spus Lawrence. Cât de utilă și disponibilă va fi ESM -urile americane în următorii ani, totuși, este o problemă de bani și dispariția acesteia. În general, cercetările climatice de la DOE au fost în traversele administrației Trump. În cadrul cererii bugetare slabe pentru Oficiul Științei Departamentului, administrația a menționat că „bugetul reduce finanțarea pentru schimbările climatice și noua cercetare înșelătorie”, referind la propunerea propusă Green New Dealcu o reducere de peste 1 miliard de dolari la Oficiul de Știință al DOE.

Cu toate acestea, în conformitate cu cererea bugetară a DOE, E3SM va continua să existe, dar aparent fără unul dintre stafidele sale primare. „Orice model de model de sistem Energy Exascale Earth (E3SM) care implică climatul sunt încheiate”, se arată în cererea bugetară din 2025, deși nu este clar cum un model climatic poate fi în jurul climatului.

„Nu știu în ce măsură putem spune că un subiect nu are nicio legătură cu climatul”, a spus Yao într -un e -mail. „Având în vedere că atmosfera este o componentă importantă a sistemului Pământ, ar fi foarte dificil să excludeți pe deplin climatul.” El a observat, totuși, că unele studii nu sunt dedicate impactului schimbărilor climatice, ci, să zicem, aplicațiilor ecologice sau hidrologiei. „Nu cred că este potrivit să -i numim nu au nicio legătură cu climatul, dar în aceste cazuri, acestea nu sunt folosite pentru predicțiile climatice”, a scris el.

Documentul alocă „Investițiile privind perfecționarea ulterioară a priorităților de administrare a științei” și detaliază tehnologia care va fi utilizată pentru a avansa modelul, cum ar fi AI și computere mai puternice. Nu specifică ce obiective ar putea servi AI, dincolo de a permite rezoluția mai mare.

În 2026, bugetul propus scade finanțarea DOE pentru modelarea pământului și a sistemului de mediu de la aproximativ 110 milioane USD la 30 de milioane de dolari. „Finanțarea va fi consolidată în cadrul acestei subprograme pentru a se concentra pe susținerea cercetării cu cea mai mare prioritate a administrației”, notează documentul. Nu specifică care sunt aceste priorități.

Între timp, cererea bugetară a Fundației Naționale a Științei Notează că finanțarea sa de NCAR, care supraveghează laboratorul Lawrence pentru care lucrează „va reduce, dar va continua să sprijine cercetarea pentru a perfecționa modelele de sistem meteorologic și pământ și pentru a înțelege mai bine evoluția focurilor de teren sălbatic. ” Guvernul federal a încheiat o subvenție care susține o actualizare a modelului, deși o mare parte a lucrărilor a fost deja finalizată.

Și administrația națională oceanică și atmosferică a propus o scădere a finanțării de aproximativ 25 la sută, multe dintre reducerile legate de schimbările climatice. Pentru mulți experți în domeniu, viitorul acestei cercetări se poate simți imprevizibil, precum vremea în sine.

THese Tăie oamenii de știință îngrijorați la nivel global. În Europaacolo unde Yao se bazează, ceea ce va deveni din ESM -urile americane este de mare îngrijorare. „Acesta este subiectul fiecărei mese de prânz aici”, a spus el.

„Este destul de trist”, a adăugat el, „pentru că SUA au fost întotdeauna lider în domeniu.”

Dar este greu pentru oamenii de știință să conducă dacă nu pot descrie -le muncaîntrucât unele îndrumări guvernamentale interzice acum anumiți termeni cheie. Într -adevăr, potrivit unui Poate raporta Dintr-un ziar local, o publicație internă de la Lawrence Livermore a remarcat că laboratorul „a fost îndrumat să re-cuvinte sau să elimine cuvinte și fraze specifice din toate suporturile externe, paginile web și comunicațiile orientate în public.” Acești termeni au inclus „schimbările climatice”. Când a fost întrebat prin e -mail despre raport, Jeremy Thomas, un ofițer de informații publice pentru Lawrence Livermore a scris: „Nu putem comenta la IndependentulRaportarea lui. ”

În opinia lui Desler, profesorul din Texas, aceste reduceri nu sunt doar negarea schimbărilor climatice în mod științific. „Există o apăsare pentru a scăpa de știință care poate fi folosită pentru a reglementa”, a spus el – fie că are legătură cu pesticidele sau carbonul.

Dar chiar dacă modelele sunt reduse în SUA, pot exista opțiuni pentru a le menține navigarea – de exemplu, duplicarea capacităților lor în altă parte. Acest lucru s -a întâmplat din partea datelor înainte: în administrația Trump anterioară, oamenii se temeau că guvernul va șterge datele climatice, astfel încât oameni precum John Baez, un matematician emerit de la Universitatea din California, Riverside, care lucrează acum la Universitatea din Edinburgh, au susținut -o. În administrația actuală, alții au sărit în acțiune, creând arhive precum Protejarea cercetării și culturii Proiect, care a colectat o varietate de seturi de date și publicații – de la observații prin satelit ale recifurilor de corali până la observațiile telescopului spațial ale planetelor îndepărtate – și s -a asigurat că sunt publice și disponibile.

14 comentarii