Uma lição que todos nós provavelmente nos lembramos da escola primária é o ciclo da água. Mesmo que não se lembre exatamente do que aprendeu, provavelmente tem memórias de algum tipo de vídeo ou diagrama tão colorido e criativo que tornava o dia um pouco mais divertido. Para alguns de nós (eu incluído), é honestamente difícil esquecer. Mesmo no mundo adulto, parece interessante e simples pensar nos três componentes do ciclo da água que, trocadilho à parte, se repetem: evaporação, condensação e precipitação.
Nosso planeta não poderia sobreviver sem água, uma substância que constitui 71% da superfície total do nosso mundo, com os oceanos representando aproximadamente 97% desse número. Dito isso, no entanto, o processo pode ficar bastante complicado quando você mistura as mudanças climáticas contínuas, impulsionadas pela atividade humana como a queima de carvão, bem como outros impactos diários que contribuímos como sociedade. Como meteorologista, sei dos desafios que enfrentamos ao prever desastres naturais relacionados à água, incluindo inundações, deslizamentos de terra e secas.
Mas, para que os cientistas possam fazer as previsões mais precisas possíveis e entender melhor como esse ciclo funciona, precisamos obter e revisar modelos contendo o máximo possível de dados de alta resolução. Esses dados idealmente deveriam cobrir cada centímetro do planeta, desde os picos mais altos das montanhas até a água enterrada profundamente no solo.
E, graças ao financiamento fornecido pela Agência Espacial Europeia, os cientistas estão construindo exatamente isso: um clone digital da Terra, e toda a sua adorável água, que pode ser inspecionado.
“Simular a Terra em alta resolução é muito complexo, então basicamente a ideia é primeiro focar em um alvo específico”, disse Luca Brocca, do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, em um comunicado. “Essa é a ideia por trás do que desenvolvemos – estudos de caso de clones digitais para o ciclo da água terrestre na Bacia do Mediterrâneo. Nosso objetivo é criar um sistema que permita a não-especialistas, incluindo tomadores de decisão e cidadãos, realizar simulações interativas.”
Brocca, que foi o autor principal de um artigo detalhado sobre o estudo, trabalhou com colegas para criar o clone digital. Com este modelo, os cientistas podem inserir novos dados consistentemente para simular os cenários de desastres naturais, os melhores e os piores, em diferentes ambientes em nosso planeta. Por exemplo, ao replicar um deslizamento de terra, os riscos associados e as condições que o acompanham podem ser monitorados como se estivessem acontecendo em tempo real. Isso poderia ajudar ainda mais na preparação para eventos potencialmente destrutivos no futuro com base no que é aprendido através de cada teste.
Então, como esses modelos são criados?
Foi necessário muito trabalho dos cientistas para aproveitar o máximo possível de dados de satélite, obtidos por meio de uma infinidade de observações terrestres. Eles então mesclaram medições de umidade do solo, precipitação, profundidade da neve, evaporação e descarga de rios, feitas em intervalos de tempo específicos, para pintar uma imagem nítida da dinâmica das variáveis em todo o planeta. Em seguida, os dados de alta resolução do modelo podem ser usados como uma ferramenta interativa para os cientistas.
“Este projeto é um exemplo perfeito da sinergia entre missões de satélite de ponta e a comunidade científica”, disse Brocca. “Colaborações como esta, aliadas a investimentos em infraestruturas computacionais, serão cruciais para gerenciar os efeitos das mudanças climáticas e outros impactos humanos.”
Assim como qualquer tipo de modelo, requer prática para trabalhar em direção à perfeição. Mas é preciso começar em algum lugar.
Brocca e colegas usaram o clone digital para modelar o vale do rio Po, no norte da Itália, e outras partes da bacia do Mediterrâneo para começar; eles têm planos futuros de criar modelos semelhantes em toda a Europa antes de colaborar com cientistas de outros continentes. O principal objetivo deste projeto é ajudar a prever onde inundações e deslizamentos de terra podem ocorrer e aprender a melhorar o gerenciamento de nossos recursos hídricos.
“Devemos começar com algo que conhecemos muito bem”, disse Brocca. “O vale do rio Po é muito complexo – temos os Alpes, temos neve, o que é difícil de simular, especialmente em terrenos irregulares e complexos como montanhas. Então há o vale com todas as atividades humanas – indústria, irrigação. Então temos um rio e eventos extremos – inundações, secas. E então nos mudamos para o Mediterrâneo, que é um bom lugar para investigar eventos extremos tanto para muita água quanto para pouca água.”
Embora a modelagem da equipe se concentre em uma região de maior escala, também há planos para estudar áreas mais localizadas. Mas, por enquanto, os cientistas continuam a focar nos maiores e mais persistentes desafios em seu mecanismo. Por exemplo, os algoritmos complexos que desenvolveram precisarão de cuidados à medida que quantidades significativas de dados continuarem a ser adicionadas; eles também dizem que há necessidade de mais observações terrestres para continuar a verificar os dados de satélite que usaram.
Da mesma forma, para combater quaisquer incertezas que possam surgir ao usar dados de satélite, Brocca espera incorporar inteligência artificial em seu programa para suavizar algumas das falhas. De certa forma, a IA agiria como um conjunto extra de olhos, se realmente puder ser treinada adequadamente. Como vimos com o uso de IA em modelos climáticos, como aqueles relacionados às previsões de incêndios florestais, os benefícios de tal colaboração incluem a minimização de erros que podem ocorrer às vezes devido a mudanças nas condições atmosféricas enquanto as imagens estão sendo capturadas. Implementar a IA também pode economizar tempo, permitindo que engenheiros humanos se concentrem em outras áreas de preocupação.
“Os esforços colaborativos de cientistas, agências espaciais e tomadores de decisão prometem um futuro onde os Clones Digitais da Terra para hidrologia fornecem insights inestimáveis para o gerenciamento sustentável de água e a resiliência a desastres”, disse Brocca.
