The wind resource of Northeast Brazil as a climate variable: decadal variability, regional model bias and projected change at turbine hub height

Il vento è molto più di un semplice evento meteorologico; è una variabile climatica che alimenta intere reti elettriche. Nel Nordest del Brasile, il vento è la seconda fonte di elettricità, generando energia sufficiente per illuminare milioni di case e trainare l'economia locale. Questa regione dipende fortemente da brezze costanti che soffiano lungo la costa e sopra gli altopiani, ma la forza di questi venti non è costante. Essa cambia nel tempo, influenzata da grandi schemi oceanici e atmosferici, come l'Oscillazione El Niño-Oscillazione Meridionale, che riscalda e raffredda l'Oceano Pacifico, e dai cambiamenti di temperatura nell'Atlantico tropicale. Per ingegneri e pianificatori, capire se questi venti si stiano intensificando, indebolendo o semplicemente cambiando il loro ritmo è una questione di adattamento. Se la risorsa eolica si contrae, l'approvvigionamento energetico diventa rischioso; se cresce, la regione potrebbe diventare ancora più potente. La domanda critica è se i cambiamenti osservati negli ultimi anni siano uno spostamento permanente causato dal riscaldamento globale o solo una fluttuazione naturale e temporanea che alla fine si invertirà.

Un team di ricercatori si è messo in viaggio per rispondere a questa domanda osservando il vento esattamente dove ruotano le turbine moderne, invece di affidarsi a vecchie misurazioni effettuate vicino al suolo. Hanno raccolto oltre un milione di record orari da dodici alte torri metalliche, note come alberi meteorologici, situate in tre diversi parchi eolici negli stati del Rio Grande do Norte e del Ceará. Queste torri si ergono tra i 78 e i 95 metri di altezza, corrispondendo all'altezza dei mozzi delle turbine dove le pale catturano la maggior parte dell'energia. I dati coprono un periodo dal 2011 o 2015 fino al 2025. Gli scienziati hanno poi confrontato queste misurazioni reali con simulazioni al computer del clima futuro, utilizzando un modello regionale chiamato Eta che era inserito all'interno di quattro diversi modelli climatici globali. Queste simulazioni hanno proiettato come potrebbe apparire il vento sotto diversi scenari di emissioni di gas serra, estendendosi fino alla metà del secolo. L'obiettivo era vedere se i modelli potessero prevedere accuratamente il vento all'altezza della turbina e determinare se il vento stesse realmente cambiando o se stesse solo attraversando le sue fasi naturali.

La storia che i dati raccontano è quella di oscillazioni drammatiche piuttosto che di un declino lento e costante. I ricercatori hanno scoperto che il vento è stato eccezionalmente forte dal 2015 al 2017, un periodo che ha coinciso con un evento El Niño molto forte. Poi, a partire dal 2018, i venti sono calati significativamente e sono rimasti calmi fino al 2024, un periodo che si è allineato con una sequenza rara di tre eventi consecutivi di La Niña e una fase di riscaldamento nell'Atlantico tropicale. Entro il 2025, i venti hanno iniziato a riprendersi. Questo schema non era un calo graduale e lineare che suggerirebbe una perdita permanente di potenza eolica. Al contrario, era un salto improvviso verso il basso, uno spostamento da un livello di attività a un altro, seguito da un ritorno a livelli più elevati. Nei siti del Rio Grande do Norte, questo calo era statisticamente significativo, rappresentando una diminuzione del 5-12% per decennio se si dovesse tracciare una linea retta attraverso i dati. Tuttavia, i ricercatori sottolineano che si tratta di una variabilità naturale decennale sincronizzata con l'oceano, non di un segnale forzato dal cambiamento climatico. Gli anni più ventosi e quelli più calmi erano semplicemente capitoli diversi dello stesso libro, guidati dall'umore dell'oceano.

Quando gli scienziati hanno testato i modelli informatici contro queste misurazioni reali, hanno scoperto che i modelli erano bravi a prevedere le stagioni ma scarsi nel prevedere gli anni specifici. Le simulazioni mostravano correttamente che il vento è più forte tra agosto e novembre e più debole durante la stagione delle piogge, ma sottostimavano costantemente la velocità reale del vento, talvolta fino al 36%. Questa sottostima era più grave durante i mesi piovosi, quando i modelli non riuscivano a catturare come il vento acceleri sugli altopiani. Più importante ancora, i modelli non potevano prevedere la specifica sequenza di anni ventosi e calmi perché non operavano sullo stesso calendario del mondo reale. Ciò ha portato a una scoperta sorprendente su come gli scienziati cerchino di collegare le previsioni dei modelli ai luoghi reali. I ricercatori hanno testato se gli strumenti di machine learning, spesso usati per "tradurre" i dati dei modelli in previsioni locali, potessero risolvere questo problema. Hanno scoperto che tali strumenti fallivano completamente quando applicati a scenari climatici futuri. Poiché i modelli e il mondo reale erano fuori sincrono, gli algoritmi di machine learning non riuscivano a imparare la vera relazione tra i due. Invece, mediamente i dati, trasmettendo solo una minima frazione del cambiamento proiettato ed eliminando efficacemente il segnale dei futuri cambiamenti climatici.

Per ottenere un quadro più chiaro del futuro, i ricercatori hanno utilizzato un metodo diverso che si concentrava sulla distribuzione statistica del vento piuttosto che cercare di far corrispondere i pattern anno per anno. Hanno corretto i dati del modello per correggere i bias noti, in particolare la sottostima durante la stagione delle piogge. Quando hanno esaminato le proiezioni corrette per il periodo tra il 2025 e il 2054, i risultati sono stati sorprendentemente modesti. I modelli suggerivano un lieve aumento della velocità del vento di circa il 3-5% sugli altopiani del Ceará, mentre i siti costieri del Rio Grande do Norte mostravano quasi nessun cambiamento. Questi cambiamenti progettati sono piccoli, specialmente se confrontati con le oscillazioni naturali che la regione ha già sperimentato. La differenza tra un anno ventoso e un anno calmo nel passato recente è stata molto più grande dell'intera differenza prevista tra oggi e la metà del secolo. Inoltre, i diversi modelli informatici erano in disaccordo tra loro più di quanto non concordassero sullo specifico scenario di emissioni, il che significa che l'incertezza nei modelli è attualmente maggiore del segnale del cambiamento climatico stesso.

Le implicazioni di queste scoperte sono profonde per il modo in cui i pianificatori energetici dovrebbero pensare al futuro. Lo studio suggerisce che la risorsa eolica nel Nordest del Brasile non è in pericolo di scomparsa o collasso a causa del cambiamento climatico nei decenni a venire. La regione rimane uno dei posti migliori al mondo per l'energia eolica. Tuttavia, la variabilità naturale del vento è un fattore molto più grande rispetto alla lenta marcia del riscaldamento globale. Un parco eolico costruito oggi potrebbe affrontare un decennio di venti più deboli semplicemente a causa dei cicli oceanici naturali, il che ridurrebbe significativamente la sua produzione di energia, anche se il trend climatico a lungo termine è stabile. Ciò significa che le stime energetiche per i nuovi progetti devono tenere conto di questi alti e bassi naturali, non solo della media climatica del futuro. I ricercatori concludono che per i prossimi trent'anni, il fattore più importante per la pianificazione non è il segnale del cambiamento climatico, ma la capacità di adattarsi al ritmo naturale dell'oceano. Il vento continuerà a soffiare, ma la sua forza aumenterà e diminuirà in modi che sono più ampi e immediati rispetto ai lenti cambiamenti previsti dai modelli climatici.