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Modelos climáticos e as Nuvens: Por que os negacionistas insistem nessas teclas?


> Esse artigo faz parte de uma discussão mais ampla sobre Mudanças Climáticas, Paleoclimatologia, efeito estufa atmosférico e evidências da ação humana (antropogênica) no atual processo de Aquecimento Global. Para saber mais, acesse: Aquecimento Global: Uma Problemática Verdade.

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         As nuvens sempre foram a principal fonte de incertezas nos modelos climáticos, especialmente no campo de predições. No entanto, enquanto negacionistas climáticos usam isso para atacar a ciência climática por trás da Teoria Antropogênica do Aquecimento Global - aliás, desde sempre atacam os modelos climáticos -, as incertezas associadas às nuvens vêm sugerindo cada vez mais que as projeções para o clima nas próximas décadas podem estar subestimando o potencial de aquecimento da atmosfera pelas crescentes concentrações de gases estufas.

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   MODELOS CLIMÁTICOS

          Os negacionistas climáticos, além de distorcerem as leis da Física (1), adoram criticar os modelos climáticos (Earth System Models) e usar isso como escudo para qualquer debate. Esses negacionistas, acadêmicos ou não, insistem em argumentar que as simulações computacionais conduzidas nas últimas décadas não conseguem fazer previsões minimamente acuradas sobre o atual processo de aquecimento global, e que, por esse alegado motivo, políticas públicas, e o próprio público, não deveriam se basear nessas projeções para quaisquer conclusões ou ações preventivas. E não importa se hoje possuímos supercomputadores rodando esses modelos, o discurso continua o mesmo há décadas: "O clima é muito complexo, e simulações não conseguirão entendê-lo nunca". A era dos computadores quânticos está próxima, e é capaz do discurso não mudar, porque os negacionistas não possuem argumentos científicos para explicar as mudanças climáticas, apenas buscam criticar e fortalecer uma bandeira ideológica (frequentemente muito lucrativa).

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(1) Leitura recomendada: Quais os mecanismos do efeito estufa atmosférico?

          


          Aliás, um impactante e recente estudo de revisão sistemática publicado no periódico Geophysical Research Letters (Ref.2), avaliando modelos climáticos utilizados entre 1970 e 2007 para projeções das mudanças futuras na temperatura média global superficial, encontrou que mesmo os modelos bem mais simples de décadas atrás foram bastante precisos em prever os padrões de aquecimento global dos anos subsequentes. A maior parte dos modelos nas últimas cinco décadas mostraram um aquecimento global consistente com as observações, particularmente quando levado em conta as diferenças entre as emissões de dióxido de carbono (CO2) - e outros fatores climáticos - consideradas e as observadas na prática. Agora imagine os atuais modelos rodando simulações em supercomputadores.

          Os modelos climáticos de projeções são baseados em dois fatores primários que influenciam a performance a longo prazo:

i) a acuracidade dos modelos físicos (leis da Física que governam o clima), incluindo a sensitividade do clima a forçamentos externos e a resolução ou parametrização de vários processos físicos como calor absorvido pelos oceanos e os feedbacks climáticos (como demonstrado no vídeo acima).

ii) a acuracidade das mudanças projetadas no forçamento externo devido às emissões de gases estufas e aerossóis, assim como forçamentos naturais, como atividades vulcânicas e solares.

          Nesse sentido, mesmo os melhores modelos físicos serão substancialmente errôneos se alimentados com projeções futuras de emissões que diferem muito da realidade. Na revisão sistemática, os pesquisadores - liderados por Zeke Hausfather, da Universidade da Califórnia, Berkeley - compararam as temperaturas médias superficiais ao longo do globo com 17 temperaturas superficiais preditas por 14 simulações computacionais desenvolvidas nas últimas cinco décadas (1970-2001). E ao contrário do que os negacionistas insistem em repetir, a maioria dos modelos realizaram predições precisas, em linha com o aumento médio global de temperatura de 0,9°C desde 1970. E para 10 predições, não houve diferença estatisticamente significativa entre os resultados simulados e as observações históricas.



          Entre os modelos mais antigos, sete deles erraram as projeções em até 0,1°C por década. Mas a acuracidade de cinco deles melhorou drasticamente quando os cientistas passaram a melhor ajustar um fator crucial que estava sendo subestimado ou superestimado: o quanto de poluição (aerossóis, etc.) e de gases estufas interferindo no clima os humanos emitiram ao longo dos anos, algo difícil de ser acuradamente estimado devido às incertezas quanto os avanços tecnológicos, demográficos e sócio-econômicos do futuro.

           Por exemplo, os pesquisadores citaram um famoso modelo de 1988 supervisionado pelo então cientista da NASA James Hansen. Seu modelo foi alvo - e continua sendo - de negacionistas climáticos porque previu uma temperatura superficial média hoje aproximadamente 0,3°C mais quente do que o valor atualmente observado. Porém, no novo estudo, os pesquisadores mostraram que o modelo, fisicamente, estava acurado, mas não as emissões antropogênicas (poluentes e gases estufas) previstas. Hensen superestimou as quantidades emitidas de metano - um gás estufa muito potente - nas décadas seguintes e não previu que o Protocolo de Montreal entraria em vigor em 1989, drasticamente reduzindo a produção de gases super-estufas associados com a destruição da Camada de Ozônio (2). Inserindo valores historicamente observados de aumento ou diminuição de poluentes e gases estufas no modelo original de Hansen, o aumento de temperatura na simulação se alinhava com o real.

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           Hoje, os modelos climáticos são muito mais sofisticados. Se antes os cientistas dependiam de sistemas muito limitados baseados em cartões perfurados, hoje os processadores de supercomputadores realizam trilhões de cálculos a cada segundo. Esses modelos mais avançados conseguem levar em conta inúmeras interações de interferentes climáticos, como neve e gelo, circulações atmosféricas e oceânicas, o potencial estufa de diferentes gases e os feedbacks associados, entre outros.

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(2) Leitura recomendada: Como está a situação da Camada de Ozônio desde o Protocolo de Montreal?

          Para reforçar, um estudo publicado no periódico Nature Geoscience em junho de 2019 (Ref.156), analisando a circulação Hadley - um padrão global de circulação atmosférica tropical que ocorre devido ao aquecimento desigual pela radiação solar em diferentes latitudes em torno do equador - reforçou a validade dos modelos climáticos sendo usados para os relatórios do IPCC. A circulação Hadley é caracterizada pela ascensão de ar ao redor do equador até cerca de 10-15 quilômetros de altitude, fluxo de ar no sentido dos Polos, descida de ar nos subtrópicos, e então fluxo de ar de volta ao equador ao longo da superfície terrestre. Essa circulação é amplamente estudada pelos cientistas na área de climatologia porque controla a precipitação nos subtrópicos e também cria uma região chamada de zona de convergência intertropical, produzindo uma faixa de grandes tempestades altamente precipitativas. Atuais modelos climáticos preveem um robusto enfraquecimento dessa circulação no Hemisfério Norte até o final do século XXI com o progressivo aquecimento global, uma tendência confirmada pelo novo estudo, o qual usou modelos climáticos e dados observacionais independentes, e reforçou o papel das emissões antropogênicas como protagonista na desaceleração da circulação atmosférica.

          E algo deve ficar claro: esses modelos não conseguem, obviamente, prever as inúmeras flutuações climáticas de curto prazo e em diferentes regiões geográficas do globo (!); eles visam o quadro geral. É comum ouvirmos: "Se os meteorologistas não conseguem prever direito nem se vai fazer chuva daqui a alguns dias na minha cidade, como os cientistas vão prever mudanças climáticas globais para daqui a 100 anos?" Essa distorção é frequentemente usada por negacionistas climáticos, mas ignora todo o método científico envolvido. Essa lógica distorcida é a mesma usada também por anti-vacinas, quando estes citam um ou outro caso específico de reações adversas às vacinas para negar os claros benefícios da vacinação a nível populacional.

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(!) Mesmo assim, os modelos hoje já estão conseguindo prever tendências comportamentais associadas às mudanças climáticas em eventos temporais extremos e muito complexos, como furações. Para saber mais, acesse: Furacão Florence foi amplificado pelo aquecimento global antropogênico, confirma estudo
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          E, nesse sentido, temos outra problemática usada frequentemente para alimentar desinformações: as nuvens.


   NUVENS

          Da mesma forma que as superfícies de gelo, o vapor de água em suspensão na atmosfera - condensados na forma de nuvem - age também refletindo a radiação solar (incluindo todo o espectro visível) e, por isso, vemos as nuvens geralmente brancas durante o dia ensolarado e não chuvoso. Aliás, a reflexão pelas nuvens podem alcançar os 90%. Porém, além de cruciais para o clima, as nuvens são elementos muito complexos.

          O vapor de água na atmosfera é, de longe, o principal gás estufa da atmosfera. Enquanto as nuvens refletem boa parte da radiação solar incidente, a radiação infravermelha (calor) gerada pela superfície terrestre é absorvida pelo vapor de água nelas presente. Então, qual é o resultado desse balanço? Bem, os cientistas ainda não sabem ao certo. Será que a retenção de calor pelas nuvens atrapalha em significativa extensão sua ação de resfriamento por reflexão? E mais importante: será que a capacidade reflexiva é suficiente para compensar o aumento de vapor de água total na atmosfera (nuvens + umidade)?

          No geral, as nuvens absorvem eficientemente radiação infravermelha e ao mesmo tempo também são ótimas refletoras de radiação solar, em especial no espectro visível. O balanço final aquecimento-resfriamento das nuvens depende da temperatura. Nuvens altas (como as cirros) geram um saldo de aquecimento, enquanto nuvens baixas, como as estratos, geram um saldo de resfriamento. Quando temos nuvens em altas altitudes é como adicionar uma segunda camada atmosférica de gases estufas, o que amplia o efeito estufa atmosférico. Nuvens em altitudes baixas, em contraste, possui uma temperatura próxima daquela na superfície terrestre devido ao transporte de calor por convecção. Como resultado, essas nuvens baixas irradiam quase a mesma energia que a superfície terrestre emitiu antes da nuvem ser formada, existindo pouco aquecimento estufa extra.

           Segundo as atuais evidências científicas, hoje as nuvens atuam efetivamente no resfriamento do planeta. Porém, em um mundo mais quente, esse cenário pode mudar, e aqui entram as incertezas. Em um planeta com a média mais alta de temperatura e consequente maior concentração de vapor de água na atmosfera, mais nuvens frias de alta altitude podem ser criadas, levando a uma maior absorção do infravermelho sendo emitido pela superfície terrestre.

            Mas, se por outro lado, mais nuvens brancas e brilhantes se formarem no futuro em baixas altitudes - certas condições, antropogênicas ou naturais, como quantidade de aerossóis, promovem a formação dessas nuvens - talvez o efeito estufa gerado por essas nuvens seja compensado, gerando até uma significativa ajuda no resfriamento do planeta.


   IGNORAR OU PRECAVER?

          Enquanto os negacionistas climáticos focam apenas no fator 'incerteza' visando desqualificar os modelos climáticos e passar uma irresponsável mensagem ao público de despreocupação com o acelerado aquecimento global, é curioso pensar o porquê deles nunca levantarem a possibilidade de que estamos subestimando o papel das nuvens no aumento da temperatura média superficial do planeta em um contexto de crescente aumento da concentração de gases estufas na atmosfera. Sim, porque as nuvens podem atuar enfraquecendo ou amplificando o avanço do aquecimento global dependendo das consequências de fatores como o feedback do vapor de água e o aumento da temperatura na troposfera. E evidências recentes vêm dando suporte para um cenário mais alarmante.

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            Para começar, podemos citar uma série de estudos publicados ano passado na Science e
na Nature (Ref.4-6), onde pesquisadores mostraram que o processo de formação de nuvens usados nos modelos de simulação climática podem estar significativamente equivocados. Tradicionalmente é pensado que as partículas de aerossóis raramente se formam na atmosfera sem ácido sulfúrico, exceto em certas regiões costeiras onde óxidos de iodo participam do processo. Essas partículas são essenciais para a formação de nuvens através do processo de nucleação. O ácido sulfúrico é oriundo do dióxido de enxofre de emissões antropogênicas e vulcânicas, e do dimetil sulfeto do bioma marinho. Porém, esses novos estudos, utilizando ambientes extremamente controlados, mostraram que as partículas ideais para o processo de nucleação também podem ser criadas através de compostos voláteis tipicamente exaladas por plantas, como o isopreno (C5H8), monoterpenos (C10H16), sesquiterpenos (C15H24) e diterpenos (C20H32). Os pesquisadores, nesse caso, usaram o mais comum deles, o a-pineno (C10H16), liberado por coníferas (pinheiros, por exemplo). Os a-pinenos, quando interagiam com radicais hidroxilas e ozônio (ambos presentes na troposfera e na estratosfera), logo formavam compostos oxidados, entre monômeros e dímeros, os quais, em seguida, levavam à formação de partículas capazes de catalizar a formação das nuvens.

            Os resultados desses estudos sugerem que, no passado, antes do período industrial, onde as quantidades de ácido sulfúrico eram bem menores devido à inexistência de fontes antropogênicas de óxidos de enxofre, as quantidades de nuvens na atmosfera podiam ser muito mais abundantes do que os modelos climáticos simulam, fato este que altera significativamente os cálculos de albedo e real contribuição dos gases estufas para o aquecimento do planeta. Ou seja, em um cenário futuro com menos nuvens e uma alta concentração de gases estufas na atmosfera, o aquecimento global pode ser muito maior do que as extrapolações sendo feitas com base no registro paleoclimático/histórico do planeta (onde a quantidade de nuvens é subestimada).

          Nesse mesmo sentido, outro exemplo é o núcleo de condensação de nuvens (CCN), o qual pode afetar as propriedades das nuvens e, portanto, o balanço radiativo da Terra. Um estudo publicado em outubro de 2019 na Nature (Ref.7) mostrou que os modelos climáticos estavam capturando de forma inadequada e subestimada as novas partículas de formação (NPF) - oriundas de vapores condensáveis na troposfera livre e que parecem contribuir de forma importante para a CCN - presentes nas regiões tropicais convectivas e de alta altitude sobre os oceanos Pacífico e Atlântico. Aliás, os pesquisadores descobriram que as NPF chegam a cobrir 40% da superfície terrestre, persistindo na troposfera superior.

          Temos também um estudo recente publicado no periódico Atmospheric Chemistry and Physics (Ref.8), o qual encontrou um potencial aumento de três vezes o estimado no efeito de aquecimento causado pelas nuvens cirros devido às emissões do tráfico aéreo (aviões e outras aeronaves) para 2050, baseado-se em dados de 2006 e estimativas futuras qualitativas e quantitativas do tráfico. As aeronaves produzem nuvens cirros especiais que são formadas pela fuligem liberada por esses veículos aéreos quando estes atravessam as camadas mais rarefeitas e frias das altas altitudes da troposfera (aquele rastro de nuvens que vemos ao longo da trajetória do avião no céu). Essas nuvens especiais podem durar de minutos a horas, e, como são muito finas, elas refletem pouca radiação solar, mas os cristais de gelo em seu interior podem prender bastante calor. Ou seja, o problema não é apenas as massivas quantidades de dióxido de carbono liberadas pelas aeronaves comerciais.
   
          Por fim, um estudo publicado na Nature Geoscience (Ref.9) revelou uma desconhecida interação entre nuvens e gases do efeito estufa, sugerindo que cerca de três vezes o atual nível de dióxido de carbono atmosférico pode abruptamente dispersar certos tipos de nuvens e reduzir drasticamente a capacidade dessas últimas de resfriar o planeta. Se as emissões atuais continuarem as mesmas, as concentrações de CO2 atmosférico podem ultrapassar facilmente os 1000 ppm até o final deste século. E de acordo com as simulações do estudo, um mundo com menos nuvens pode testemunhar um acrescimento extra de 8°C além daquele diretamente associado com o efeito estufa atmosférico, e 10°C nas regiões subtropicais. As condições na superfície terrestre podem voltar a ficar similares àquele vista 50 milhões de anos atrás, quando crocodilos nadavam em um Ártico livre de gelo e árvores de palma cresciam tão ao norte quanto o Alasca.

          As nuvens que se aglutinam em massivas camadas sobre os oceanos são chamadas de 'nuvens estratocúmulos', e ao redor do mundo elas podem refletir cerca de 4-7% da energia oriunda do Sol (via direta reflexão de 30-60% da luz solar incidente sobre suas superfícies). Cobrindo 20% dos oceanos em baixas latitudes, essas nuvens são especialmente prevalentes nos sub-trópicos. Sob um efeito estufa super amplificado por uma atmosfera carregando 1200 ppm de CO2, essas densas nuvens começam a se quebrar em menores pedaços. Isso porque as estratocúmulos precisam radiar calor para as camadas superiores da atmosfera para se manterem estáveis. Se a atmosfera fica muito quente, essa dispersão de calor é impossibilitada.

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   CONCLUSÃO

         Obviamente existem limitações nos atuais modelos climáticos, em especial quando levamos a dinâmica de formação das nuvens em consideração. Porém, como deixado claro pela revisão sistemática realizada por Hausfather et al., (2019), os modelos de balanço energético sendo usados desde a década de 1970 para estimar o aumento da temperatura superficial média global têm gerado predições bastante consistentes e em linha com os valores historicamente observados, mesmo quando muito limitados tecnologicamente. Os modelos climáticos não conseguem prever especificidades do clima ou do tempo, mas conseguem pintar com eficiência o quadro geral, principalmente hoje com o auxílio dos supercomputadores. Apegar-se às incertezas e a limitações específicas para ignorar todo um campo científico é apostar na ignorância.

          Confirmar no futuro o quão certo ou errado os modelos climáticos estavam sem ter agido antes é como mostrar a foto de um tanque de oxigênio para alguém que está se afogando. Aliás, com o aumento dos níveis dos mares e inundações mais frequentes, muitos poderão estar, literalmente, se afogando nas próximas décadas.


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.saberatualizado.com.br/2017/08/aquecimento-global-uma-problematica.html
  2. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/2019GL085378
  3. https://www.sciencemag.org/news/2019/12/even-50-year-old-climate-models-correctly-predicted-global-warming 
  4. https://www.nature.com/nature/journal/v533/n7604/full/nature17953.html
  5. http://science.sciencemag.org/content/352/6289/1109
  6. https://www.nature.com/nature/journal/v533/n7604/full/nature18271.html
  7. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1638-9
  8. https://www.atmos-chem-phys.net/19/8163/2019/
  9. http://www.nature.com/articles/s41561-019-0310-1