Talento

Tempest em um laptop
Ning Lin nega ter previsto o furacão Sandy, a grande tempestade que atingiu a cidade de Nova York em outubro de 2012, causando inundações costeiras generalizadas e danos causados ​​pelo vento.
Por Catherine Zandonella - 03/03/2021


Ning Lin 
Ilustração fotográfica de John Opet, art270; retrato de David Kelly Crow

“Quando as pessoas dizem isso, eu as corrijo”, disse Lin. “Não prevejo eventos específicos, prevejo probabilidades. A probabilidade de a cidade de Nova York ser atingida por fortes tempestades e inundações foi maior do que a maioria das pessoas esperava. ”

Mas o momento era estranho. Apenas alguns meses antes, enquanto era pós-doutorando no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), Lin era coautor de um estudo projetando que a mudança climática causaria inundações costeiras significativas com uma frequência de uma vez por década, em vez de uma vez por século. A cidade de Nova York, disseram os autores, era altamente vulnerável.

Foi uma previsão surpreendente na época. A cidade de Nova York sofre muito menos furacões do que estados do sudeste como a Flórida. Com poucos dados históricos para prosseguir, prever futuras tempestades extremas parecia rebuscado. Mas o mentor de pós-doutorado de Lin foi Kerry Emanuel do MIT, um veterano no estudo de furacões na era das mudanças climáticas, e com ele Lin aprendeu como resolver o problema de poucas tempestades históricas - ela geraria as suas próprias.

Lin, que hoje é professora associada de engenharia civil e ambiental em Princeton, compensa a falta de tempestades históricas conjurando furacões em seu computador. Consistindo em bits e bytes, essas tempestades não deixam nenhum dano, mas são muito úteis para ajudar a prever a destruição que essas tempestades provavelmente causarão, especialmente em cenários futuros.

A prática de gerar tempestades sintéticas começou com modelos estatísticos simples que os engenheiros civis usam desde a década de 1980 para projetar arranha-céus para resistir a ventos extremos. Mas os furacões são muito mais complicados e podem mudar significativamente com o aquecimento do clima. Eles criam não apenas ventos fortes, mas também chuvas e tempestades. E muito sobre como os furacões se comportam ainda é desconhecido.

“A formação de furacões é, na verdade, um processo físico bastante complexo que não é bem compreendido”, disse Lin.

No entanto, conhecemos os ingredientes. Eles incluem temperaturas superficiais quentes, altos níveis de umidade, baixo cisalhamento do vento e alta vorticidade, que é a tendência do ar se mover em um padrão de rotação. Quando esses fatores se combinam da maneira certa na hora certa, surgem furacões.

Conhecer as relações entre as origens de um furacão e as tempestades resultantes permite que os pesquisadores escrevam software para simular novas tempestades e prever seu caminho e força. Os engenheiros não calculam todas as etapas - isso exigiria recursos de nível de supercomputador. Em vez disso, os pesquisadores estudam a probabilidade de que combinações de ingredientes - como direção e força do vento, umidade e alta temperatura do oceano - dêem origem a tempestades. É um pouco como saber que ovos, farinha e açúcar, combinados em certas proporções em uma sequência específica, podem fazer um bolo, mas não saber todas as etapas do processo. Ao estudar combinações suficientes de entradas e resultados, os pesquisadores podem prever quais misturas têm probabilidade de provocar uma tempestade.

As tempestades sintéticas resultantes são perfeitamente plausíveis. Cada um poderia surgir na costa da África e atravessar o Atlântico visando as ilhas do Caribe. Alguns podem virar para o norte e subir rapidamente pela Costa Leste, desviando para o interior sobre Manhattan. Alguns podem se mover lentamente, despejando chuva copiosa, enquanto outros chicoteiam causando destruição com ventos fortes.

Desde 2012, quando ingressou no corpo docente de Princeton liderando sua própria equipe de pesquisa, Lin continuou a aprimorar os métodos de geração de tempestades sintéticas realistas. No início deste ano, com o estudante de graduação Renzhi Jing, Lin publicou um modelo de furacão novo e mais preciso que incorpora um tipo de inteligência artificial conhecido como aprendizado de máquina. Em vez de engenheiros humanos examinando ingredientes passados ​​para fazer projeções de tempestades futuras, os computadores fazem o trabalho.

O modelo rodando no laptop de Lin pode desencadear milhares de tempestades ao longo de algumas horas. Para cada tempestade, o modelo produz movimento e direção, intensificação ao longo do tempo e probabilidade de atingir a terra.

Para descobrir que tipo de dano a tempestade pode causar, a equipe conecta os modelos de tempestade a modelos de risco que preveem a quantidade e a localização da chuva, a força e a direção do vento e a altura e propagação da onda de tempestade.

Com essas previsões em mãos, os engenheiros podem projetar uma infraestrutura resiliente a ventos extremos, chuvas e inundações costeiras provocadas por furacões. Por exemplo, os engenheiros podem construir paredões, elevar casas, zonear áreas residenciais e reforçar edifícios.

Onde as tempestades extremas são raras, como na cidade de Nova York, as tempestades sintéticas são especialmente valiosas para ilustrar esses riscos. Em um ano típico, a Costa Atlântica experimenta cerca de seis furacões, cerca de dois dos quais são de categoria 3 ou superior, o que significa que são especialmente grandes ou severos. Isso não é muito um registro sobre o qual tomar uma decisão sobre a construção de um quebra-mar ou realocação de residentes em um determinado local costeiro. Mas o laptop de Lin pode gerar 500 anos de furacões - ou cerca de 3.000 tempestades - em poucas horas. Aproximadamente um terço, ou 1.000, será grave, e essa é uma amostra grande o suficiente para avaliar o dano potencial.

Capa da revista Discovery 2020 - Design da capa por art270

A carreira de Lin em Princeton começou como estudante de graduação em engenharia civil e ambiental, sob a supervisão de Erik Vanmarcke , que hoje é professor emérito de engenharia civil e ambiental. Ao obter seu Ph.D., ela concluiu cursos em política ambiental na Escola de Assuntos Públicos e Internacionais de Princeton , onde conheceu Michael Oppenheimer, o Professor Albert G. Milbank de Geociências e Assuntos Internacionais e o Instituto Ambiental High Meadows. Vanmarcke e Oppenheimer mais tarde se tornaram coautores do artigo de 2012 que saiu antes do furacão Sandy. Quando Lin terminou sua bolsa no MIT, ela queria encontrar um lugar onde pudesse combinar engenharia civil com ciência e políticas públicas, então escolheu Princeton.

Em um  estudo recente , Lin e sua equipe empregaram seus modelos de furacão sintéticos para estimar o risco de uma tempestade ao longo das costas leste e do Golfo. A equipe, cujo trabalho é apoiado pela National Science Foundation e pela National Oceanic and Atmospheric Administration, descobriu que inundações históricas de 100 anos podem se tornar ocorrências anuais em algumas cidades costeiras do norte.

Se Lin estará certo sobre essa previsão, o tempo dirá.

Este artigo foi publicado originalmente na revista de pesquisa anual da Universidade  Discovery: Research at Princeton .

 

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