p Dê uma olhada nas nuvens, se houver algum em seu céu agora. Observe as ondas, os altos tufos brancos contra o céu azul. Ou, dependendo do seu tempo, observe as bordas cinzas suaves se unirem em tons mistos que se arrastam pelo ar até o solo. p Eles são uma inspiração para a maioria de nós, mas um pesadelo para cientistas do clima. Nuvens são criaturas excepcionalmente complexas, e essa complexidade torna difícil prever como e onde eles se formarão, o que é lamentável, uma vez que essas previsões são essenciais para compreender os padrões de precipitação e como nosso clima mudará no futuro.

p Mas os pesquisadores da Universidade de Utah podem ter encontrado uma maneira de reduzir muito a dificuldade de prever a formação de nuvens. Os resultados, publicado hoje em Journal of Geophysical Research-Atmospheres poderia preencher uma lacuna fundamental na compreensão dos cientistas sobre como as mudanças climáticas podem se manifestar.

p "Usamos termodinâmica simples, "diz o professor de ciências atmosféricas Tim Garrett, "prever que deveria haver muitas nuvens pequenas e poucas nuvens grandes em proporções que obedecem a leis matemáticas simples."

p Nuvens são curingas do clima

p Nuvens, particularmente aqueles nos trópicos, fazem parte do sistema da Terra para se livrar do excesso de calor gerado pelo sol. É por isso que são importantes para os cientistas do clima. Eles fazem parte de uma correia transportadora vertical, elevar o ar quente flutuante até uma altitude em que o calor possa ser facilmente irradiado para a escuridão fria do espaço. Mas as nuvens podem brincar com o calor de outras maneiras.

p "Pense na rapidez com que uma nuvem pode mudar a temperatura durante um piquenique de verão, "diz o estudioso de pós-doutorado e co-autor do estudo Ian Glenn." Uma ligeira mudança na fração ou distribuição de até mesmo algumas pequenas nuvens em um dia claro agradável pode fazer ou quebrar um passeio. "

p As nuvens aumentam e diminuem constantemente à medida que trocam o ar com o ar seco circundante. Até aqui, não está claro como as nuvens influenciam os efeitos da mudança climática global - as nuvens diminuirão o aquecimento? Ou melhorá-lo? O aquecimento criará mais nuvens? Se então, quais regiões serão mais afetadas?

p Essa incerteza pode ser vista na gama de valores de sensibilidade ao clima, ou a resposta da temperatura a uma duplicação do dióxido de carbono na atmosfera. As projeções atuais dizem que o aumento pode ser entre 1,5 e 4,5 graus Celsius. É difícil definir muito mais do que isso por causa do problema de compreender o papel das nuvens e da precipitação em um clima em mudança.

p "Tanto o alcance baixo quanto o alcance alto são más notícias para a civilização, "Garrett diz, "mas um é claramente muito mais catastrófico - portanto, é um problema muito importante acertar."

p Nuvens são profundamente complexas

p Os pesquisadores abordaram anteriormente o problema das nuvens, tentando entender as camadas de complexidade inerentes à forma como as nuvens interagem com a superfície, o ar e até mesmo eles próprios. O co-autor do estudo, Steven Krueger, diz que os processos físicos nas nuvens variam de gotículas de nuvem, na escala do micrômetro, para sistemas de nuvem em grande escala que podem se estender por um continente. E a turbulência inerente das nuvens cria redemoinhos - espirais de energia turbulenta - que aumentam o poder de previsão até mesmo dos melhores modelos de nuvens executados em supercomputadores.

p "Para modelar todas as escalas da atmosfera global, dos menores redemoinhos turbulentos à escala global levaria cerca de um bilhão de bilhões de vezes o que podemos usar atualmente em nossos computadores, "Krueger diz." Podemos calcular totalmente toda a física da nuvem em um volume de cerca de 1 metro de lado, por cerca de 10 minutos, a um custo computacional de 10, 000 horas de CPU. "

p Para contornar essa complexidade, modeladores de clima simulam grandes escalas enquanto fazem suposições simplificadas sobre processos de pequena escala. Mas e se houver outra maneira - e se as nuvens seguirem princípios matemáticos simples que podem recriar as estatísticas da complexidade das nuvens sem a necessidade de recursos de computação massivos?

p Nuvens são conduítes com vazamento

p Vamos voltar ao conceito de nuvens como condutos de calor para a alta atmosfera. Em absoluto, afiado, nuvem branca é composta de gotículas de água, em contraste com o claro, azul, ar relativamente mais seco ao seu redor. O branco, nuvens úmidas e o azul, o ar seco está em contato constante um com o outro, compartilhando uma fronteira comum. É esse limite que fez Garrett pensar.

p À medida que as gotas de água se formam dentro das nuvens, um pouco de calor é liberado, tornando as nuvens flutuantes na atmosfera. Garrett diz que isso torna as nuvens eficientes em seu trabalho de retirar o calor do solo - e também significa que o calor, o ar ascendente é turbulento e pode se espalhar pelos lados da nuvem conforme ela sobe.

p "Essa percepção sobre as nuvens como conduítes com vazamento me fez pensar que o lugar para procurar nuvens e clima de compreensão não eram suas áreas olhando para baixo, como tem sido normalmente o foco, mas em vez disso, suas bordas, "Garrett diz.

p Ele começou a estudar a termodinâmica ao longo dos perímetros e bordas das nuvens, e descobri que o perímetro horizontal total das nuvens, as trocas turbulentas de calor e umidade nas bordas das nuvens e o perfil vertical de temperatura e umidade da atmosfera podem estar relacionados. Uma vantagem notável:os perfis de temperatura atmosférica vertical e umidade são relativamente simples de prever em climas variáveis, portanto, a ligação com a quantidade de nuvens simplifica um problema notoriamente difícil.

p Alguns outros princípios da dinâmica das nuvens que surgiram das equações dos autores:A competição entre as nuvens por calor e umidade atmosférica ajuda a explicar quantas nuvens se formam. O produto do número de nuvens e seu perímetro permanece constante, uma lei matemática conhecida como invariância de escala. Isso significa que um grande número de nuvens é pobre em perímetro, enquanto algumas poucas são ricas. Também, essas relações entre diferentes classes de tamanho de nuvens são independentes da temperatura atmosférica. Mais sobre isso em um minuto.

p Garrett e seus colegas testaram suas descobertas teóricas comparando seu modelo estatístico a um dos megamodelos de formação de nuvens, o modelo Giga-LES. Ele simula 24 horas completas de tempo atmosférico em uma área de 400 quilômetros quadrados (150 milhas quadradas) em alta resolução. Uma simulação de 24 horas leva 300, 000 horas de processador para ser concluído. Modelo de Garrett, com base em apenas algumas linhas de equações físicas, reproduziu as principais estatísticas dos tamanhos e formas das nuvens no modelo Giga-LES dinâmico com uma precisão de 13 por cento.

p Existem coisas que um modelo estatístico não pode fazer, claro. "Não pode mostrar, por exemplo, uma nuvem parecida com o Mickey Mouse aparecendo em um determinado momento ou lugar, "Garrett diz, "por isso é mais adequado para previsões sobre o clima de longo prazo do que para o clima de curto prazo."

p Nuvens seguem as regras

p Então, o que isso significa para modeladores de mudanças climáticas que querem saber como as nuvens vão reagir ao aquecimento global?

p "Isso é bastante especulativo, "Garrett diz, "mas a sugestão do nosso estudo é que os feedbacks do clima da nuvem podem ser pequenos, porque as nuvens tropicais se reorganizarão em um clima mais quente de modo a continuar seu baixo impacto atualmente nas temperaturas da superfície. "Em outras palavras, enquanto a quantidade total de cobertura de nuvens pode aumentar, as proporções dos tamanhos das nuvens em diferentes altitudes provavelmente não mudarão muito. Se este modelo for comprovado, os cientistas do clima podem respirar um pouco mais facilmente sabendo que as nuvens provavelmente não ampliarão o aquecimento global.

p "Se esses feedbacks de nuvem forem menores do que o esperado, "Garrett diz, "a Terra pode não aquecer tão rápido quanto nossos piores temores."

p Leia o estudo completo aqui.