D7 Modelagem e Simulação Computacional

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A modelagem computacional da criosfera traduz a física dos processos glaciológicos em sistemas de equações diferenciais que descrevem como esses processos mudam no espaço e no tempo. Em seguida, resolve essas equações numericamente em uma grade que divide o gelo, a neve ou o terreno em três dimensões, em um grande número de pequenas células.

Um modelo de fluxo de gelo resolve as equações que governam um fluido viscoso cuja resistência interna ao fluxo não é constante, mas muda dependendo da rapidez com que é deformado. Ao resolver essas equações na grade tridimensional da geleira, um modelo de fluxo de gelo calcula como a velocidade do fluxo, a temperatura em cada ponto e a tensão interna são distribuídas dentro do gelo.

Um modelo de manto de neve, por outro lado, resolve como o calor e a massa são transferidos através de um sistema de camadas de neve empilhadas umas sobre as outras, cada uma com propriedades distintas de densidade, temperatura e teor de água. Essa transferência de calor e massa entre as camadas é o que o modelo de manto de neve usa para prever como o próprio manto de neve evolui camada por camada.

A assimilação de dados combina observações reais do terreno com os resultados de um modelo computacional, utilizando um método de estimação ótima que ajusta o estado inicial e os parâmetros internos do modelo até que ele seja melhor definido por essas mesmas observações. Esse método de estimação ótima pode seguir uma abordagem variacional que ajusta todo o estado do modelo de uma só vez, ou uma abordagem baseada em um conjunto de simulações paralelas que se corrigem mutuamente à medida que novas observações chegam.

Uma simulação de ponto de inflexão, por outro lado, utiliza análise de bifurcação combinada com um grande número de simulações paralelas para mapear quais combinações de parâmetros podem levar o sistema criosférico a mudar irreversivelmente para um novo estado de equilíbrio diferente do anterior.

O comportamento esperado da modelagem computacional da criosfera, integrando todas essas técnicas, é que um modelo calibrado reproduza as observações históricas com erro quadrático médio e correlação estatística aceitáveis, e que as projeções futuras de diferentes modelos convirjam na mesma direção de mudança, embora possam diferir na magnitude exata dessa mudança, refletindo a incerteza que ainda existe tanto nos parâmetros internos de cada modelo quanto em sua estrutura matemática. Além disso, o dimensionamento dinâmico permite que essas projeções sejam traduzidas para uma resolução espacial entre um e dez quilômetros, uma resolução suficientemente fina para ser útil na gestão de bacias hidrográficas específicas.

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