Els superordinadors i el canvi climàtic

La Terra s’escalfa i sabem per què. Els núvols, l’aire, els oceans, el gel i el sòl reflecteixen i absorbeixen la llum. Les fonts orgàniques i inorgàniques emeten i absorbeixen els gasos d’efecte hivernacle. Tots dos intercanvis depenen de diversos factors, com la temperatura, l’acidesa dels oceans, la quantitat de vegetació i, sí, la crema de combustibles fòssils.

El que és menys clar és què comportarà el canvi climàtic per al nostre futur. “Això no és la teoria de cordes -va dir Timothy Palmer, professor de física del clima de la Universitat d’Oxford-. Sabem quines són les equacions”. Però no sabem com resoldre-les. Els múltiples factors que afecten el clima interactuen entre si i donen lloc a cicles de retroalimentació interconnectats. El càlcul matemàtic és tan complex que els científics només el poden afrontar introduint-lo en ordinadors, que després resolen aproximadament les equacions.

El Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic va basar l’últim informe complet, el 2014, en prediccions fetes per dues dotzenes de models informàtics desenvolupats independentment per institucions de diversos països. Tots coincideixen que la Terra continuarà escalfant-se, però difereixen a l’hora de determinar fins a quin punt i amb quina rapidesa.

En un article publicat recentment a Nature Reviews Physics, Palmer va resumir una controvèrsia que fa 20 anys que s’arrossega en la comunitat de climatòlegs. La conclusió és que el mètode actual no té en compte una important font d’incertesa.

L’arrel del problema és un dels supòsits més bàsics de les simulacions per ordinador: la possibilitat de dividir l’atmosfera i els oceans en una xarxa de petites peces. Després els ordinadors calculen la manera com aquestes peces interactuen entre si en petits increments de temps. Al fer això, la informació que és més petita que la mida de les peces -l’anomenada informació de subxarxa sobre els núvols, els remolins oceànics i la capacitat del sòl per retenir aigua- ha de ser aproximativa.

Segons Palmer, aquest mètode de càlcul pot ser massa simplista i té greus mancances. La fórmula utilitzada per calcular els canvis de l’atmosfera i els oceans (l’equació de Navier-Stokes) té el que els físics anomenen simetria d’escala, cosa que significa que funciona igual en totes les distàncies. Tot i això, com assenyala Palmer, aquesta simetria queda alterada quan els càlculs fan una aproximació de la informació de subxarxa. Les conseqüències per a les prediccions sobre el clima són greus: calculem a la baixa la durabilitat de les situacions meteorològiques extremes i, alhora, calculem a l’alça la probabilitat que les nostres prediccions siguin correctes.

L’equació de Navier-Stokes, bàsica per predir el clima de la Terra, és difícil de resoldre i fa 20 anys que dona maldecaps a matemàtics i físics. Fins avui, entendre les turbulències i els remolins no ha deixat de ser tot un repte. L’Institut Clay de Matemàtiques ha declarat l’equació de Navier-Stokes un dels seus problemes del mil·lenni i instarà a avançar cap a la resolució de l’equació amb un premi d’un milió de dòlars.

En aquesta situació, el millor que podem fer és millorar els models informàtics per obtenir solucions més precises. És un coneixement que necessitem amb urgència: en la mesura que la Terra continuï escalfant-se, ens enfrontem a un futur de sequera, augment del nivell dels mars i esdeveniments meteorològics extrems. Però, pel que sabem actualment, la gravetat d’aquesta situació oscil·la entre la simple molèstia i una amenaça existencial.

Per obtenir la informació necessària per mesurar amb precisió els riscos que planteja el canvi climàtic, doncs, cal augmentar la resolució dels models actuals, i necessitem superordinadors que puguin dur a terme els càlculs subsegüents. Els centres de superordinadors d’exaescala, màquines capaces de fer un mínim de mil milions de milions de càlculs per segon, podrien assumir una tasca d’aquesta envergadura. Però aquests recursos informàtics van més enllà del que qualsevol institució o país es pot permetre: obtenir prediccions més precises requeriria una iniciativa internacional i un finançament estimat de 1.100 milions de dòlars.

Cal, doncs, una col·laboració internacional, el que Palmer anomena un “CERN per investigar el clima”. És una comparació adequada: el CERN -l’Organització Europea per a la Recerca Nuclear- va ser fundat per agrupar els recursos en una instal·lació utilitzada de manera conjunta, cosa que permet afrontar megaprojectes com el Gran Col·lisionador d’Hadrons, que superen el pressupost de qualsevol país. És important destacar que aquest esforç conjunt no competeix amb la recerca que es fa a les institucions de cada país, sinó que hi contribueix. I si això ha funcionat en el cas de la física de partícules, Palmer creu que també pot funcionar en el cas de la climatologia.

El 2018, juntament amb científics experts en el clima de 18 institucions europees, Palmer va proposar una iniciativa informàtica, anomenada Terra Extrema, com a projecte estrella al Consell Europeu de Recerca (ERC, segons les sigles en anglès). La proposta va passar de la primera a la segona fase de l’avaluació. Però aquest any, l’ERC ha cancel·lat les principals iniciatives de cara al 2020. Cap altre organisme de finançament ha fet un pas endavant per dotar de fons la iniciativa climàtica.

Dubtar de finançar uns models climàtics millors no té sentit, ni científicament ni econòmicament. El canvi climàtic ens posa a tots en perill. Per decidir les mesures que cal prendre, necessitem saber quins són els riscos i quines probabilitats hi ha que es donin. Augmentar la resolució dels models actuals no suposaria una millora anecdòtica. Els beneficis d’una iniciativa internacional per a la ciència del clima compensarien els costos amb escreix. Hem creat aquest problema junts; ara resolguem-lo junts.