Pesquisadores do Instituto Max Planck, na Alemanha, desenvolveram um dos modelos climáticos mais avançados já produzidos: uma réplica digital da Terra com resolução de 1,25 km, capaz de simular dinâmicas atmosféricas, oceânicas e terrestres com precisão inédita. O projeto, descrito em artigo publicado no repositório arXiv no início de novembro, é apontado como um marco no estudo do clima e das previsões meteorológicas, embora ainda distante de uso prático devido ao enorme poder computacional necessário para sua operação.
A iniciativa combina modelagem climática e previsão do tempo em um único sistema. O objetivo é integrar fenômenos rápidos — como circulação de energia e água — e fenômenos lentos — como evolução da biosfera, mudanças nos oceanos e ciclo do carbono. Essa abordagem unificada pode permitir simulações muito mais próximas da realidade, reduzindo incertezas que hoje limitam o entendimento climático global.
Como funciona a réplica digital da Terra
Para construir o modelo, os pesquisadores criaram 336 milhões de células que cobrem toda a superfície terrestre e oceânica. Acima de cada uma delas, outras 336 milhões de células atmosféricas foram adicionadas, totalizando mais de 672 milhões de pontos de análise distribuídos pelo planeta.
Cada célula representa uma pequena fração da Terra e serve como unidade básica de simulação. As dinâmicas simuladas foram divididas em dois grupos:
Dinâmicas rápidas:
ciclos de energia e água,
formação de nuvens,
variações de pressão e ventos,
processos que definem clima e tempo em escalas diárias a sazonais.
Dinâmicas lentas:
alterações da temperatura dos oceanos,
circulação profunda marinha,
mudanças na vegetação,
ciclo do carbono,
transformações climáticas de longo prazo.
Tradicionalmente, modelos climáticos utilizam resoluções entre 20 km e 100 km, insuficientes para captar processos meteorológicos locais, como tempestades, frentes frias e padrões de circulação complexos. A resolução de 1,25 km aplicada pelo Max Planck reduz drasticamente essas limitações, permitindo analisar com maior fidelidade interações entre atmosfera, oceanos e superfície.
Poder computacional inédito
A equipe precisou recorrer a tecnologias avançadas para viabilizar a simulação. O modelo foi construído sobre uma base em Fortran, linguagem tradicional em computação científica, com suporte da infraestrutura conhecida como Programação Paralela Centrada em Dados, que distribui tarefas entre milhões de células de forma simultânea.
A execução envolveu dois supercomputadores de última geração:
JUPITER, centro de computação de alto desempenho na Alemanha;
Alps, na Suíça, conhecido pela integração massiva de GPUs.
A combinação de CPUs e GPUs permitiu rodar o modelo com velocidade suficiente para lidar com a quantidade de informações gerada. Ainda assim, o custo energético e computacional permanece muito alto, sendo inviável para aplicações rotineiras como previsão do tempo em agências nacionais.
Por que a resolução de 1 km importa
Os cientistas destacam que, para simular adequadamente fenômenos atmosféricos, seria necessário atingir resoluções inferiores a 10 km. Até hoje, isso era considerado impraticável devido ao volume de dados envolvido. A nova réplica digital rompe essa barreira e abre possibilidades como:
identificar padrões meteorológicos locais com maior precisão,
prever eventos extremos com antecedência mais confiável,
modelar tempestades tropicais e frentes frias de forma fiel,
estudar interações oceânicas e sua influência no clima global.
A maior precisão também torna possível integrar tendências de longo prazo (clima) com variabilidade de curto prazo (tempo), colocando as duas áreas em um mesmo sistema.
Limitações e futuro da tecnologia
Apesar do avanço, a própria equipe afirma que o modelo não deverá ser utilizado por serviços meteorológicos tão cedo. A principal barreira é o custo computacional: o processamento exigido é tão grande que o sistema só pode ser executado em centros de exaescala.
Segundo os pesquisadores, seria necessário:
criar versões simplificadas do modelo,
desenvolver chips mais eficientes,
ampliar o acesso a supercomputadores,
reduzir o consumo energético das simulações.
Mesmo assim, eles afirmam que o experimento serve como prova de conceito de uma nova geração de modelos climáticos, abrindo caminho para réplicas digitais da Terra ainda mais completas, capazes de combinar física, geografia, biologia e oceanografia em um único ambiente computacional.
Impactos esperados
Caso modelos desse tipo se tornem viáveis no futuro, alguns dos efeitos possíveis incluem:
previsões meteorológicas mais precisas para agricultura, aviação e defesa;
estudos detalhados sobre impactos climáticos regionais;
simulações integradas de emissão de carbono e mudanças ambientais;
capacidade de testar cenários climáticos futuros com maior fidelidade.
A réplica digital de 1 km produzida pelo Instituto Max Planck marca, portanto, um avanço científico de grande impacto, indicando um futuro em que previsões do tempo e modelos climáticos possam operar com precisão inédita.