Professora Tiffany Shaw, Professora, Departamento de Geociências, Universidade de Chicago
O hemisfério sul é um lugar muito turbulento. Ventos em várias latitudes foram descritos como "rugindo quarenta graus", "furiosos cinquenta graus" e "gritando sessenta graus". As ondas chegam a impressionantes 24 metros.
Como todos sabemos, nada no hemisfério norte se compara às fortes tempestades, ventos e ondas do hemisfério sul. Por quê?
Em um novo estudo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, meus colegas e eu descobrimos por que as tempestades são mais comuns no hemisfério sul do que no norte.
Combinando diversas linhas de evidências de observações, teoria e modelos climáticos, nossos resultados apontam para o papel fundamental das “correias transportadoras” oceânicas globais e das grandes montanhas no hemisfério norte.
Também mostramos que, com o tempo, as tempestades no hemisfério sul se tornaram mais intensas, enquanto as do hemisfério norte não. Isso é consistente com a modelagem climática do aquecimento global.
Essas mudanças são importantes porque sabemos que tempestades mais fortes podem levar a impactos mais severos, como ventos, temperaturas e chuvas extremos.
Por muito tempo, a maioria das observações meteorológicas na Terra eram feitas a partir da terra firme. Isso dava aos cientistas uma imagem clara das tempestades no hemisfério norte. No entanto, no hemisfério sul, que cobre cerca de 20% da superfície terrestre, não obtivemos uma imagem clara das tempestades até que as observações por satélite se tornassem disponíveis no final da década de 1970.
A partir de décadas de observação desde o início da era dos satélites, sabemos que as tempestades no hemisfério sul são cerca de 24% mais fortes do que as do hemisfério norte.
Isso é mostrado no mapa abaixo, que mostra a intensidade média anual de tempestades observada para o Hemisfério Sul (acima), Hemisfério Norte (centro) e a diferença entre eles (abaixo) de 1980 a 2018. (Observe que o Polo Sul está no topo da comparação entre o primeiro e o último mapa.)
O mapa mostra a intensidade persistentemente alta das tempestades no Oceano Antártico, no Hemisfério Sul, e sua concentração nos oceanos Pacífico e Atlântico (sombreados em laranja) no Hemisfério Norte. O mapa de diferenças mostra que as tempestades são mais fortes no Hemisfério Sul do que no Hemisfério Norte (sombreado em laranja) na maioria das latitudes.
Embora existam muitas teorias diferentes, ninguém oferece uma explicação definitiva para a diferença de tempestades entre os dois hemisférios.
Descobrir as razões parece ser uma tarefa difícil. Como entender um sistema tão complexo, que se estende por milhares de quilômetros, como a atmosfera? Não podemos colocar a Terra em um recipiente e estudá-la. No entanto, é exatamente isso que os cientistas que estudam a física do clima estão fazendo. Aplicamos as leis da física e as usamos para entender a atmosfera e o clima da Terra.
O exemplo mais famoso dessa abordagem é o trabalho pioneiro do Dr. Shuro Manabe, que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2021 "por sua previsão confiável do aquecimento global". Suas previsões são baseadas em modelos físicos do clima da Terra, que vão desde os modelos unidimensionais de temperatura mais simples até modelos tridimensionais completos. O trabalho estuda a resposta do clima ao aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera por meio de modelos de complexidade física variável e monitora sinais emergentes de fenômenos físicos subjacentes.
Para entender melhor as tempestades no Hemisfério Sul, coletamos diversas linhas de evidências, incluindo dados de modelos climáticos baseados na física. Na primeira etapa, estudamos observações em termos de como a energia é distribuída pela Terra.
Como a Terra é esférica, sua superfície recebe a radiação solar de forma desigual. A maior parte da energia é recebida e absorvida no equador, onde os raios solares atingem a superfície mais diretamente. Em contraste, os polos que a luz atinge em ângulos acentuados recebem menos energia.
Décadas de pesquisa demonstraram que a força de uma tempestade advém dessa diferença de energia. Essencialmente, elas convertem a energia "estática" armazenada nessa diferença em energia "cinética" de movimento. Essa transição ocorre por meio de um processo conhecido como "instabilidade baroclínica".
Essa visão sugere que a incidência de luz solar não explica o maior número de tempestades no Hemisfério Sul, já que ambos os hemisférios recebem a mesma quantidade de luz solar. Em vez disso, nossa análise observacional sugere que a diferença na intensidade das tempestades entre o sul e o norte pode ser devido a dois fatores diferentes.
Primeiro, o transporte de energia oceânica, frequentemente chamado de "esteira rolante". A água afunda perto do Polo Norte, flui pelo fundo do oceano, sobe ao redor da Antártida e retorna para o norte ao longo do equador, carregando energia consigo. O resultado final é a transferência de energia da Antártida para o Polo Norte. Isso cria um contraste energético maior entre o equador e os polos no Hemisfério Sul do que no Hemisfério Norte, resultando em tempestades mais severas no Hemisfério Sul.
O segundo fator são as grandes montanhas no hemisfério norte, que, como sugerido pelo trabalho anterior de Manabe, amortecem tempestades. Correntes de ar sobre grandes cadeias de montanhas criam máximas e mínimas fixas que reduzem a quantidade de energia disponível para tempestades.
No entanto, a análise dos dados observados por si só não pode confirmar essas causas, pois muitos fatores operam e interagem simultaneamente. Além disso, não podemos excluir causas individuais para testar sua significância.
Para fazer isso, precisamos usar modelos climáticos para estudar como as tempestades mudam quando diferentes fatores são removidos.
Quando suavizamos as montanhas da Terra na simulação, a diferença na intensidade das tempestades entre os hemisférios foi reduzida pela metade. Quando removemos a correia transportadora do oceano, a outra metade da diferença entre as tempestades desapareceu. Assim, pela primeira vez, descobrimos uma explicação concreta para as tempestades no hemisfério sul.
Como as tempestades estão associadas a impactos sociais severos, como ventos, temperaturas e precipitação extremos, a questão importante que devemos responder é se as tempestades futuras serão mais fortes ou mais fracas.
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Uma ferramenta fundamental na preparação das sociedades para lidar com os efeitos das mudanças climáticas é a disponibilização de previsões baseadas em modelos climáticos. Um novo estudo sugere que as tempestades médias no hemisfério sul se tornarão mais intensas no final do século.
Pelo contrário, prevê-se que as mudanças na intensidade média anual das tempestades no Hemisfério Norte sejam moderadas. Isso se deve, em parte, aos efeitos sazonais concorrentes entre o aquecimento nos trópicos, que torna as tempestades mais fortes, e o aquecimento rápido no Ártico, que as torna mais fracas.
No entanto, o clima aqui e agora está mudando. Quando observamos as mudanças nas últimas décadas, constatamos que as tempestades médias se tornaram mais intensas ao longo do ano no hemisfério sul, enquanto as mudanças no hemisfério norte foram insignificantes, o que é consistente com as previsões dos modelos climáticos para o mesmo período.
Embora os modelos subestimem o sinal, eles indicam que as mudanças ocorrem pelas mesmas razões físicas. Ou seja, as mudanças no oceano aumentam as tempestades porque a água mais quente se move em direção ao equador e a água mais fria é trazida à superfície ao redor da Antártida para substituí-la, resultando em um contraste mais forte entre o equador e os polos.
No Hemisfério Norte, as mudanças no oceano são compensadas pela perda de gelo marinho e neve, fazendo com que o Ártico absorva mais luz solar e enfraquecendo o contraste entre o equador e os polos.
Os riscos de se obter a resposta correta são altos. Será importante para trabalhos futuros determinar por que os modelos subestimam o sinal observado, mas será igualmente importante obter a resposta correta pelos motivos físicos corretos.
Xiao, T. et al. (2022) Tempestades no Hemisfério Sul devido a formas de relevo e circulação oceânica, Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, doi: 10.1073/pnas.2123512119
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