A Zona de Convergência Intertropical (ITCZ), também conhecido como marasmo, é uma das características dramáticas do sistema climático da Terra. Proeminente o suficiente para ser visto do espaço, o ITCZ ​​aparece em imagens de satélite como uma faixa de nuvens brilhantes em torno dos trópicos. Aqui, o ar úmido e quente se acumula nesta região atmosférica perto do equador, onde o oceano e a atmosfera interagem fortemente. Radiação solar intensa e calma, as águas quentes do oceano produzem uma área de alta umidade, ar ascendente, e chuva, que é alimentado por ventos alísios convergentes dos hemisférios norte e sul. O ar convectado forma aglomerados de tempestades características do ITCZ, liberar calor antes de se afastar do ITCZ ​​- em direção aos pólos - esfriando e descendo nos subtropicais. Esta circulação completa as células Hadley do ITCZ, que desempenham um papel importante no equilíbrio do orçamento de energia da Terra - transportando energia entre os hemisférios e para longe do equador.

Contudo, a posição do ITCZ ​​não é estática. Para transportar essa energia, as células ITCZ ​​e Hadley mudam sazonalmente entre os hemisférios norte e sul, residindo naquele que é mais fortemente aquecido pelo sol e pelo calor radiante da superfície da Terra, que em média anual é o hemisfério norte. Acompanhando essas mudanças, podem haver períodos prolongados de tempestades violentas ou secas severas, que impacta significativamente as populações humanas que vivem em seu caminho.

Os cientistas estão, portanto, ansiosos para compreender os controles do clima que impulsionam o movimento norte-sul do ITCZ ​​ao longo do ciclo sazonal, bem como em escalas de tempo interanuais a decadais na paleoclimatologia da Terra até hoje. Os pesquisadores tradicionalmente abordam esta questão a partir da perspectiva do comportamento da atmosfera e da compreensão das chuvas, mas evidências anedóticas de modelos com um oceano dinâmico sugeriram que a sensibilidade do oceano às mudanças climáticas poderia afetar a resposta do ITCZ. Agora, um estudo do aluno de pós-graduação do MIT Brian Green e do Cecil and Ida Green Professor de Oceanografia John Marshall do Programa em Atmosferas, Oceanos e Clima no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias (EAPS) publicado na American Meteorological Society's Journal of Climate , investiga o papel que o oceano desempenha na modulação da posição do ITCZ ​​e avalia sua sensibilidade quando o hemisfério norte é aquecido. Ao fazê-lo, o trabalho dá aos cientistas do clima uma melhor compreensão do que causa mudanças nas chuvas tropicais.

"Na última década, aproximadamente, houve muitas pesquisas estudando os controles na posição norte-sul do ITCZ, particularmente a partir desta perspectiva de equilíbrio de energia. ... E isso normalmente tem sido feito no contexto de ignorar o ajuste da circulação do oceano - a circulação do oceano está forçando essas mudanças [ITCZ] ou respondendo passivamente às mudanças na atmosfera acima, "Green diz." Mas nós sabemos, particularmente nos trópicos, que a circulação do oceano está fortemente acoplada através dos ventos alísios à circulação atmosférica e à posição ITCZ, então o que queríamos fazer era investigar como a circulação do oceano pode retroalimentar o balanço de energia que controla essa posição ITCZ, e quão forte esse feedback pode ser. "

Para examinar isso, Green e Marshall realizaram experimentos em um modelo climático global com atmosfera e oceano acoplados, e observaram como o transporte de energia cruzada-equatorial da circulação oceânica e seus fluxos de energia de superfície associados afetaram a resposta do ITCZ ​​quando impuseram um contraste de aquecimento inter-hemisférico. Usando um modelo simplificado que omitiu massas de terra, nuvens, e a dinâmica das monções, ao mesmo tempo em que mantinha uma atmosfera em plena circulação que interage com a radiação, destacava o efeito do oceano enquanto minimizava outras variáveis ​​de confusão que poderiam mascarar os resultados. A adição de dorsais oceânicas norte-sul, criando uma bacia grande e pequena, imitou o comportamento da circulação virada meridional do Atlântico da Terra e do Oceano Pacífico.

Green e Marshall então rodaram as simulações de planetas aquecidos assimetricamente em duas configurações oceânicas e compararam as respostas ITCZ. O primeiro usou um "oceano de laje estacionário, "onde as propriedades térmicas foram especificadas de modo que imitassem o modelo totalmente acoplado antes da perturbação, mas não foi capaz de responder ao aquecimento. O segundo incorporou uma circulação oceânica dinâmica. Forçando os modelos de forma idêntica, eles poderiam quantificar o impacto da circulação oceânica no ITCZ.

"Descobrimos, no caso em que há um acoplamento total, oceano dinâmico, o deslocamento para o norte do ITCZ ​​foi amortecido por um fator de quatro em comparação com o oceano passivo. Isso está sugerindo que o oceano é um dos principais controles sobre a posição do ITCZ, "Green diz." É um amortecimento significativo da resposta da atmosfera, e a razão por trás disso só pode ser diagnosticada a partir desse balanço de energia. "

No modelo de oceano dinâmico, eles descobriram que quando aquecem o planeta simulado coberto pelo oceano, redemoinhos exportam algum calor dos extratrópicos para a atmosfera tropical, o que faz com que as células Hadley respondam - a célula do hemisfério norte se enfraquece e a célula do hemisfério sul se fortalece. Isso transporta o calor para o sul através da atmosfera. Simultaneamente, o ITCZ ​​muda para o norte; associados a isso estão as mudanças nos ventos alísios - o ramo da superfície das células de Hadley - e a tensão do vento na superfície perto do equador. A superfície do oceano sente essa mudança nos ventos, que energiza uma circulação anômala do oceano e move a massa de água para o sul através do equador em ambos os hemisférios, carregando calor com ele. Uma vez que essas águas superficiais cheguem aos extratrópicos, o oceano o bombeia para baixo, onde ele retorna para o norte através do equador, mais frio e em profundidade. Esse contraste de temperatura entre o fluxo cruzado equatorial da superfície quente e o fluxo de retorno mais profundo e mais frio define o calor transportado pela circulação do oceano.

"No caso da laje do oceano, apenas a atmosfera pode mover o calor através do equador; enquanto em nosso caso totalmente acoplado, vemos que o oceano é o componente mais fortemente compensador do sistema, transportando a maior parte da força através do equador. "Green diz." Então, da perspectiva da atmosfera, nem mesmo sente o efeito total daquele aquecimento que estamos impondo. E como resultado, tem de transportar menos calor através do equador e deslocar menos o ITCZ. ”Green acrescenta que a resposta da circulação oceânica da grande bacia imita amplamente a circulação média anual do Oceano Índico.

Marshall observa que a capacidade da circulação oceânica impulsionada pelo vento para amortecer as mudanças ITCZ ​​representa uma restrição anteriormente não avaliada no orçamento de energia da atmosfera:"Mostramos que o ITCZ ​​não pode se mover muito longe do equador, mesmo em climas muito "extremos", "indicando que a posição do ITCZ ​​pode ser muito menos sensível aos contrastes de aquecimento inter-hemisférico do que se pensava anteriormente."

Green e Marshall estão atualmente expandindo este trabalho. Com a ajuda de David McGee, o professor assistente de desenvolvimento de carreira Kerr-Mcgee na EAPS, e pós-doutorado Eduardo Moreno-Chamarro, a dupla está aplicando isso ao registro do paleoclima durante os eventos de Heimrich, quando a Terra experimenta um forte resfriamento, procurando por turnos ITCZ.

Eles também estão investigando a decomposição de calor e transporte de massa entre a atmosfera e o oceano, bem como entre os oceanos da Terra. "A física que controla cada uma das respostas dos oceanos é dramaticamente diferente, certamente entre os oceanos Pacífico e Atlântico, "Green diz." Agora mesmo, estamos trabalhando para entender como os transportes de massa da atmosfera e do oceano estão acoplados. Embora saibamos que eles são obrigados a derrubar no mesmo sentido, eles não estão realmente restritos a transportar uma quantidade idêntica de massa, então você poderia aumentar ou enfraquecer ainda mais o amortecimento pela circulação do oceano, afetando a força com que os transportes de massa são acoplados. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.