Deep-learning climate emulator ACE2 reveals a global decrease in tropical cyclone frequency in the 15th Century under an El Niño-like sea surface temperature pattern
Utilizzando l'emulatore ACE2 basato sul deep learning, questo studio rivela che un pattern di temperatura superficiale del mare di tipo El Niño nel XV secolo ha guidato una diminuzione globale della frequenza dei cicloni tropicali attraverso un aumento del wind shear verticale e una troposfera media più secca, dimostrando così l'utilità del deep learning nell'analisi paleoclimatica per migliorare le proiezioni future.
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Immaginate la Terra come una gigantesca e vorticosa vasca da bagno di aria e acqua, dove la temperatura della superficie oceanica agisce come il termostato di una macchina meteorologica massiccia e caotica. Quando l'acqua si riscalda o si raffredda in schemi specifici, non cambia solo la temperatura; cambia il modo in cui l'atmosfera respira, si tende e si torce. Una delle cose più drammatiche che questa macchina produce sono i cicloni tropicali, quelle tempeste rotanti che chiamiamo uragani o tifoni. Per molto tempo, gli scienziati hanno cercato di capire esattamente come i modelli di temperatura dell'oceano controllino il numero di queste tempeste. Il problema è che abbiamo solo una "registrazione video" molto breve delle tempeste moderne, forse circa 80 anni, che non è sufficiente per vedere la storia completa di come il clima e le tempeste danzino insieme. Per risolvere questo mistero, i ricercatori stanno usando un nuovo tipo di strumento: l'intelligenza artificiale. Pensate a questi strumenti di IA non come a robot che pensano, ma come a studenti incredibilmente veloci e super intelligenti che hanno studiato così a fondo il tempo degli ultimi decenni da poter prevedere quale sarebbe stato il tempo se le regole del gioco (le temperature oceaniche) fossero state leggermente diverse. Questo articolo usa quella IA per guardare indietro nel tempo, simulando un periodo precedente al fatto che avessimo satelliti meteorologici, per vedere cosa è successo alle tempeste globali quando l'oceano somigliava un po' a un anno di "El Niño".
La storia inizia con un team di scienziati che voleva sapere cosa accadde ai cicloni tropicali durante il XV secolo, specificamente tra gli anni 1351 e 1550. Questo è stato un periodo in cui la Terra si stava raffreddando, entrando in un periodo spesso chiamato "Piccola Era Glaciale". Mentre il pianeta si stava raffreddando complessivamente, l'oceano non si è raffreddato in modo uniforme. Invece, l'Oceano Pacifico ha sviluppato un modello che somigliava molto a un "El Niño", dove l'acqua vicino all'equatore era più calda del solito, mentre altre parti dell'oceano erano più fredde. I ricercatori hanno usato un emulatore climatico basato sul deep learning chiamato ACE2 (che è come un simulatore meteorologico super veloce addestrato su dati moderni) per eseguire un esperimento virtuale. Hanno fornito all'IA le temperature oceaniche di quell'epoca e hanno osservato cosa accadeva alle tempeste.
I risultati sono stati chiari e sorprendenti. In queste simulazioni, il numero totale di cicloni tropicali in tutto il mondo è diminuito significamente. Nello specifico, il numero di tempeste è diminuito di circa il 13,1% confrontando il periodo di 20 anni più attivo (1401–1420) con il periodo di 20 anni meno attivo (1461–1480). Questo calo non è stato un caso fortuito; corrispondeva a ciò che un modello computazionale tradizionale molto potente (HiRAM) aveva previsto e si allineava persino con gli indizi trovati nei sedimenti oceanici lungo la costa atlantica, che fungono da registro fossile delle tempeste passate. L'articolo suggerisce che questa diminuzione sia avvenuta perché il modello di oceano "simile a El Niño" ha cambiato il modo in cui l'atmosfera si muoveva.
Per capire perché le tempeste siano scomparse, gli scienziati hanno usato un trucco astuto. Hanno scomposto il processo di formazione della tempesta in due fasi: prima, la nascita di un "seme" (una piccola perturbazione nell'aria che potrebbe diventare una tempesta), e seconda, la "probabilità" che quel seme cresca in un uragano pienamente formato. Hanno scoperto che il numero di semi non cambiava molto; l'aria stava ancora producendo molte piccole perturbazioni. Tuttavia, la "probabilità" che questi semi sopravvivessero e crescessero in grandi tempeste è crollata. Era come se il nido fosse pieno di neonati, ma le condizioni per farli crescere fossero terribili.
Il colpevole era il modello oceanico "simile a El Niño". Poiché il Pacifico equatoriale era più caldo, ha causato una risalita dell'aria più forte in quella zona. Questo ha rafforzato un gigantesco nastro trasportatore atmosferico chiamato circolazione di Hadley. Man mano che questo nastro si rafforzava, spingeva l'aria secca verso il basso e aumentava il wind shear (il cambiamento nella velocità e direzione del vento con l'altezza) nelle regioni in cui le tempeste solitamente si formano. Immaginate di cercare di costruire un castello di sabbia mentre un vento forte soffia lateralmente e la sabbia è completamente asciutta; ecco cosa è diventata l'atmosfera per queste tempeste. L'aria più secca e i venti più forti hanno smembrato le tempeste prima che potessero diventare forti. L'articolo nota esplicitamente che questo non è accaduto solo perché il mondo intero si stava raffreddando; infatti, quando hanno eseguito un esperimento separato in cui l'oceano si è raffreddato uniformemente senza il modello "El Niño", le tempeste non sono diminuite così tanto. Era la forma specifica del cambiamento di temperatura a contare di più.
I ricercatori hanno anche testato lo scenario opposto: un modello "simile a La Niña", dove l'equatore è più freddo. In quella simulazione, il numero di tempeste è effettivamente aumentato. Ciò suggerisce che il modello della temperatura dell'oceano è un interruttore principale per l'attività delle tempeste globali. Sebbene lo studio si basi su simulazioni al computer e non su osservazioni dirette del 1400, il fatto che l'emulatore di IA, il modello tradizionale e i registri dei sedimenti raccontino tutti la stessa storia conferisce grande peso ai risultati. L'articolo conclude che per prevedere quante tempeste potremmo affrontare in futuro, non possiamo limitarci a guardare quanto il pianeta si scalda; dobbiamo capire esattamente come cambieranno i modelli di temperatura dell'oceano, perché quel modello determina se l'atmosfera diventerà una fabbrica di tempeste o un cimitero di tempeste.
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