Hoje vamos continuar falando sobre a história da previsão numérica do tempo, embora hoje, como vocês verão a seguir, vou falar de previsão climática e de como o trabalho de Norman Philips foi um marco na Meteorologia.
Na parte 1, falei sobre o comecinho do século XX, até o período da Primeira Guerra Mundial aproximadamente. Na parte 2 falei do período entre as duas guerras mundiais até chegar na Segunda Guerra Mundial e falei sobre o nascimento do ENIAC. Já na parte 3 falei dos avanços na tecnologia dos computadores, mostrando os resultados do interessante trabalho de Peter Lynch em que ele faz a mesma simulação do ENIAC em um laptop comercial e um celular.
No post de hoje, que será a parte 4 da série, falaremos sobre os primórdios da modelagem climática.
Em 1956, Norman Philips fez a primeira simulação de longo prazo da circulação geral da atmosfera. Ele usou um modelo quasi-geostrófico de duas camadas em uma aproximação de plano beta (na qual é feita uma aproximação para o parâmetro de Coriolis, que é considerado como se variasse linearmente: isso ignora os efeitos da esfericidade da Terra e leva em conta apenas as variações da força de Coriolis com a latitude). Philips usou uma grade espacial de 16 x 17 pontos e a simulação foi para o período de 1 mês. A simulação começou com um fluxo horizontal com algumas perturbações aleatórias, até que uma perturbação de comprimento de onda de 6000km desenvolveu-se. Essa perturbação tinha a inclinação característica para o oeste com a altura de uma onda baroclínica em desenvolvimento, e movia-se para o oeste em cerca de 20m/s.
Philips então examinou as trocas de energia dessa onda em desenvolvimento e encontrou uma boa concordância qualitativa com as observações dos sistemas baroclínicos presentes ao longo daquele mês. Ele também examinou o fluxo meridiano médio (circulação média em uma seção vertical ao longo de um mesmo meridiano) e percebeu que as simulações mostravam as células de Hadley, Ferrel e Polares, que são padrões médios que a gente realmente vê na atmosfera o tempo todo (leia mais aqui e veja a figura abaixo).
Ou seja, a simulação de Philips conseguiu “ver” sistemas como Frentes Frias (que vem, atuam por um tempo e vão embora) e também conseguiu “ver” os padrões de circulação global médios da atmosfera, conforme mencionados na figura acima (célula de Hadley, Ferrel e Polares). Foi um enorme avanço para a época e causou enorme impacto na comunidade científica, conforme discutiremos a seguir.
O trabalho de Philips foi entitulado “The general circulation of the atmosphere: A numerical experiment” e foi publicado no Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society em 1956 e está disponível aqui. Von Neuman ficou impressionado com o trabalho de Philips e um ano antes da publicação do trabalho organizou uma conferência na Universidade de Princeton, intitulada “Application of Numerical Integration Techniques to the Problem of the General Circulation“. O trabalho de Philips teve um enorme impacto na comunidade meteorológica, tanto que em apenas 10 anos vários grupos na área de modelagem atmosférica surgiram, como por exemplo os próprios grupos da NCAR e o do MetOffice.
Após o trabalho de Philips, vários modelos de circulação geral da atmosfera (general circulation models – GCM) foram desenvolvidos, levando em consideração vários processos físicos: superfície da Terra absorvendo radiação solar, radiação terrestre sendo emitida pela superfície da Terra, convecção e turbulência em pequena escala. E claro, esse avanço nos GCM’s tem sido cada vez maiores ao longo dos anos. Atualmente os GCM’s não simulam apenas a atmosfera e os oceanos, mas levam em conta processos geofísicos, químicos, biológicos e suas inter-relações e feedbacks. Hoje os GCM’s são chamados de Earth System Models e são aplicados no problema prático da previsão do tempo, além claro de serem aplicados para estudar a variabilidade climática e o impacto antropogênico nessa variabilidade.
Ou seja, quando lemos sobre as simulações climáticas que fazem projeções para o futuro do planeta (em outras palavras, quando falamos de aquecimento global) estamos falando de mais de 50 anos de estudos. Não é exagero falar que o trabalho de Richardson, dos von Neumann, de Philips e de tantos outros possibilita que hoje tenhamos ferramentas para prever o tempo e o clima e para ajudar na tomada de decisões cruciais para a humanidade.
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Essa série ainda terá mais episódios. Estou preparando a parte 5, só não sei quando estará disponível, já que também estou trabalhando na série sobre aquecimento global que comecei aqui. Como sempre, deixem suas mensagens elogiando, corrigindo ou sugerindo alguma coisa nos comentários!
Bibliografia
Além dos links mencionados ao longo do texto, recomendo os seguintes links com materiais que utilizei nessa pesquisa.
- From Richardson to early numerical weather prediction – Peter Lynch
- As calculadoras de Pickering – A história não contada das mulheres que mapearam nossa galáxia
- Jule Charney, Agnar Fjörtoff & John von Neumann Report the First Weather Forecast by Electronic Computer
- Lewis Fry Richardson – Wikipedia
- A Little History – David Burridge
- The ENIAC forecasts
- Climate models: General concept, history, design, testing and sensitivity
- ENIAC Definition
- Moore’s Law
- O que é a lei de Moore?
- Página de Peter Lynch na UCD
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