Se você pode prever o caminho do jato, o ondulante rio de vento da atmosfera superior, então você pode prever o tempo - não apenas por uma ou duas semanas, mas por uma temporada inteira. Um novo estudo de Stanford se move em direção a esse nível de previsão, revelando uma ligação física entre a velocidade e a localização da corrente de jato e a força do vórtice polar, um redemoinho de ar que geralmente paira sobre o Ártico.

"A corrente de jato define tudo, "disse Aditi Sheshadri, autor principal e professor assistente de Ciência do Sistema Terrestre na Escola da Terra, Energia, E Ciências Ambientais (Stanford Earth). "Tempestades passam ao longo dele. Eles interagem com ele. Se o fluxo de jato mudar, o local onde as tempestades são mais fortes também mudará. "

A pesquisa, publicado no Journal of Atmospheric Sciences, identifica dois modos distintos de como o ar flui dentro da corrente de jato e as camadas da atmosfera que o imprensam.

O sistema profundo da atmosfera

Em um modo, mudanças na velocidade e direção do vento começam perto do equador na troposfera, o molhado, camada tempestuosa da atmosfera abaixo da corrente de jato e mais próxima da superfície da Terra. Mudanças de vento neste modo se propagam rapidamente através da corrente de jato e para o vórtice polar no seco, camada superior da atmosfera conhecida como estratosfera.

No outro modo, a força do vórtice polar da estratosfera influencia o caminho e a força da corrente de jato - e como ela interage com as tempestades na troposfera. Neste modo, o vórtice polar envia um sinal até a superfície como um pulso. Um vórtice mais fraco produz um jato fraco que desliza em direção ao equador; um vórtice mais forte intensifica o jato enquanto o puxa para os pólos.

"Essas estruturas verticais profundas não foram mostradas antes, "Sheshadri disse." É algo fundamental sobre o próprio sistema. "Sua análise pode ajudar a explicar os impactos do clima na superfície de um evento que ocorreu no início de 2018, quando o vórtice enfraqueceu tanto que se partiu em dois - um fenômeno que os cientistas sabem que pode levar até dois meses de clima extremo na Europa Ocidental. Até agora, a compreensão dessas interações foi baseada em observações e modelagem estatística, em vez do conhecimento de sua base física.

Esses modos podem ser essenciais para prever os efeitos de longo prazo de certas mudanças ambientais na superfície da Terra. Embora se pense que o ar flui de forma relativamente independente dentro da troposfera e estratosfera em invernos normais, ozônio empobrecido, altos níveis de gases de efeito estufa, o aquecimento do oceano, cobertura de neve reduzida, e outros distúrbios podem abalar esta independência, afetando o vórtice e a corrente de jato de maneiras complexas. Emissão de gases de efeito estufa, por exemplo, pode fortalecer o vórtice ao mesmo tempo em que impulsiona as ondas que se propagam da troposfera e enfraquecem o vórtice à medida que se quebram.

"Não sabemos qual desses dois efeitos do aumento dos gases de efeito estufa vencerá, "Sheshadri disse.

Construindo melhores modelos climáticos

Para ajudar a encontrar respostas, A equipe de Sheshadri decidiu entender o clima como um sistema que responde de forma previsível às forças conhecidas, apesar da dinâmica interna que é uma mistura de flutuações aleatórias e sistemáticas. Eles pegaram um teorema matemático usado por quase um século para prever o comportamento aparentemente aleatório em sistemas mecânicos quânticos e aplicaram-no aos dados que representam a atmosfera da Terra no inverno.

"Temos 35 anos de dados sobre o vento, "Sheshadri disse." Podemos dizer algo apenas a partir dessas observações sobre como os ventos vão mudar se, por exemplo, você aumenta o dióxido de carbono? Foi isso que deu início a tudo isso. "

Os modelos climáticos atuais se destacam por mostrar mudanças de temperatura em todas as camadas da atmosfera ao longo do tempo e com níveis variáveis ​​de substâncias como ozônio ou dióxido de carbono. "Temos certeza de como a estrutura de temperatura da atmosfera vai mudar, "Sheshadri disse." No entanto, se você olhar para as mudanças em coisas como vento, chuva ou neve - qualquer coisa que seja uma quantidade dinâmica - realmente temos muito pouca ideia do que está acontecendo. "

E ainda, essas são algumas das métricas mais vívidas para um clima em mudança. "Ninguém sente a temperatura média global, "Sheshadri disse." Quantas vezes nos próximos 10 anos teremos que lidar com inundações ou ondas de frio em uma determinada região? Esse é o tipo de pergunta que isso pode ajudar a responder. "

Ao revelar os processos físicos que sustentam algumas dessas variáveis ​​dinâmicas, o método desenvolvido neste estudo também pode ajudar a eliminar falhas em modelos climáticos.

"A forma como fazemos isso atualmente é pegar um modelo e executá-lo para frente, "verificar as previsões do modelo em relação aos dados observados, Sheshadri explicou. Mas muitos modelos construídos sobre os mesmos dados históricos produzem previsões diferentes para o futuro, em parte porque eles fazem suposições diferentes sobre como a troposfera e a estratosfera interagem e como a corrente de jato flutua. Até agora, não houve uma maneira de comparar essas suposições com a variabilidade real da atmosfera.

"Precisamos ter certeza de que os modelos estão certos, e pelos motivos certos, "Sheshadri disse. O novo trabalho fornece uma maneira de resolver essa incerteza - e antecipar tempestades meses no futuro.