Enquanto os cientistas trabalham para determinar por que alguns dos modelos climáticos mais recentes sugerem que o futuro pode ser mais quente do que se pensava, um novo estudo indica que o motivo provavelmente está relacionado aos desafios de simulação da formação e evolução das nuvens.

A nova pesquisa, publicado em Avanços da Ciência , oferece uma visão geral de 39 modelos atualizados que fazem parte de um grande esforço climático internacional, a sexta fase do Projeto de Intercomparação de Modelo Acoplado (CMIP6). Os modelos também serão analisados ​​para o próximo sexto relatório de avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).

Comparado com modelos mais antigos, um subconjunto desses modelos atualizados mostrou uma maior sensibilidade ao dióxido de carbono, ou seja, mais aquecimento para uma determinada concentração do gás de efeito estufa - embora alguns também tenham mostrado menor sensibilidade. O resultado final é uma gama maior de respostas do modelo do que qualquer geração anterior de modelos, que remonta ao início de 1990. Se os modelos de ponta estiverem corretos e a Terra for realmente mais sensível ao dióxido de carbono do que os cientistas pensaram, o futuro também pode ser muito mais quente do que o projetado anteriormente. Mas também é possível que as atualizações feitas nos modelos entre o último projeto de intercomparação e este estejam causando ou expondo erros em seus resultados.

No novo jornal, os autores procuraram comparar sistematicamente os modelos CMIP6 com as gerações anteriores e catalogar as razões prováveis ​​para o intervalo expandido de sensibilidade.

"Muitos grupos de pesquisa já publicaram artigos analisando as possíveis razões pelas quais a sensibilidade de seus modelos ao clima mudou quando eles foram atualizados, "disse Gerald Meehl, um cientista sênior do National Center for Atmospheric Research (NCAR) e principal autor do novo estudo. "Nosso objetivo era procurar qualquer tema que estivesse surgindo, especialmente com os modelos de alta sensibilidade. O que surgiu repetidas vezes é que os feedbacks da nuvem em geral, e a interação entre nuvens e partículas minúsculas chamadas aerossóis em particular, parecem estar contribuindo para uma maior sensibilidade. "

A pesquisa foi financiada em parte pela National Science Foundation, que é o patrocinador do NCAR. Outros apoiadores incluem o Departamento de Energia dos EUA, a Sociedade Helmholtz, e Deutsches Klima Rechen Zentrum (centro de computação climática da Alemanha).

Avaliando a sensibilidade do modelo

Os pesquisadores tradicionalmente avaliam a sensibilidade do modelo climático usando duas métricas diferentes. O primeiro, que está em uso desde o final dos anos 1970, é chamada de sensibilidade ao clima de equilíbrio (ECS). Ele mede o aumento da temperatura depois que o dióxido de carbono atmosférico é instantaneamente duplicado em relação aos níveis pré-industriais e o modelo pode ser executado até que o clima se estabilize.

Ao longo das décadas, a faixa de valores de ECS permaneceu notavelmente consistente - algo em torno de 1,5 a 4,5 graus Celsius (2,7 a 8,1 graus Fahrenheit) - mesmo que os modelos tenham se tornado significativamente mais complexos. Por exemplo, os modelos incluídos na fase anterior do CMIP na década passada, conhecido como CMIP5, teve valores de ECS variando de 2,1 a 4,7 C (3,6 a 8,5 F).

Os modelos CMIP6, Contudo, têm uma faixa de 1,8 a 5,6 C (3,2 a 10 F), ampliando o spread de CMIP5 em ambas as extremidades. O modelo de sistema terrestre comunitário baseado em NCAR, a versão 2 (CESM2) é um dos modelos de maior sensibilidade, com um valor ECS de 5,2 C.

Os desenvolvedores de modelos estiveram ocupados escolhendo seus modelos durante o ano passado para entender por que o ECS mudou. Para muitos grupos, as respostas parecem se resumir a nuvens e aerossóis. Os processos em nuvem se desdobram em escalas muito finas, o que os tornou desafiadores para simular com precisão em modelos em escala global no passado. No CMIP6, Contudo, muitos grupos de modelagem adicionaram representações mais complexas desses processos.

Os novos recursos de nuvem em alguns modelos produziram melhores simulações de certas maneiras. As nuvens no CESM2, por exemplo, parecem mais realistas quando comparados às observações. Mas as nuvens têm uma relação complicada com o aquecimento do clima - certos tipos de nuvens em alguns locais refletem mais luz solar, resfriando a superfície, enquanto outros podem ter o efeito oposto, aprisionamento de calor.

Aerossóis, que podem ser emitidos naturalmente de vulcões e outras fontes, bem como pela atividade humana, também refletem a luz do sol e têm um efeito de resfriamento. Mas eles interagem com as nuvens também, mudando sua formação e brilho e, Portanto, sua capacidade de aquecer ou resfriar a superfície.

Muitos grupos de modelagem determinaram que adicionar essa nova complexidade à versão mais recente de seus modelos está causando um impacto no ECS. Meehl disse que isso não é surpreendente.

"Quando você coloca mais detalhes nos modelos, há mais graus de liberdade e mais resultados diferentes possíveis, "disse ele." Os modelos do sistema terrestre hoje são bastante complexos, com muitos componentes interagindo de maneiras às vezes inesperadas. Quando você executa esses modelos, você obterá comportamentos que não veria em modelos mais simplificados. "

Uma quantidade incomensurável

O objetivo do ECS é dizer aos cientistas algo sobre como a Terra responderá ao aumento do dióxido de carbono atmosférico. O resultado, Contudo, não pode ser verificado em relação ao mundo real.

"ECS é uma quantidade incomensurável, "Meehl disse." É uma métrica rudimentar, criado quando os modelos eram muito mais simples. Ainda é útil, mas não é a única maneira de entender o quanto o aumento dos gases de efeito estufa afetará o clima. "

Um dos motivos pelos quais os cientistas continuam a usar o ECS é porque ele permite que comparem os modelos atuais com os modelos climáticos mais antigos. Mas os pesquisadores criaram outras métricas para analisar a sensibilidade ao clima ao longo do caminho, incluindo uma resposta climática transitória do modelo (TCR). Para medir isso, modeladores aumentam o dióxido de carbono em 1% ao ano, agravado, até que o dióxido de carbono seja dobrado. Embora essa medida também seja idealizada, pode dar uma visão mais realista da resposta da temperatura, pelo menos no horizonte de curto prazo das próximas décadas.

No novo jornal, Meehl e seus colegas também compararam como o TCR mudou ao longo do tempo desde seu primeiro uso na década de 1990. Os modelos CMIP5 tinham uma faixa de TCR de 1,1 a 2,5 C, enquanto a gama dos modelos CMIP6 aumentou apenas ligeiramente, de 1,3 a 3,0 C. No geral, a mudança no aquecimento médio do TCR foi quase imperceptível, de 1,8 a 2,0 C (3,2 a 3,6 F).

A mudança no intervalo de TCR é mais modesta do que com ECS, o que pode significar que os modelos CMIP6 podem não ter um desempenho diferente dos modelos CMIP5 ao simular a temperatura nas próximas décadas.

Mas mesmo com a gama maior de ECS, o valor médio dessa métrica "não aumentou muito, "Meehl disse, apenas aumentando de 3,2 para 3,7 C.

"O limite superior é maior, mas o limite inferior é inferior, então os valores médios não mudaram muito significativamente, " ele disse.

Meehl também observou que o aumento da gama de ECS poderia ter um efeito positivo na ciência, estimulando mais pesquisas em processos de nuvem e interações nuvem-aerossol, incluindo campanhas de campo para coletar melhores observações de como essas interações funcionam no mundo real.

"As interações nuvem-aerossol estão na vanguarda da nossa compreensão de como funciona o sistema climático, e é um desafio modelar o que não entendemos, "Meehl disse." Esses modeladores estão expandindo os limites da compreensão humana, e tenho esperança de que essa incerteza motive novas ciências. "