Este ano, os recordes de alta temperatura foram quebrados em grande parte da Europa, pois as colheitas secaram nos campos devido à seca generalizada. Isso é um prenúncio do que está por vir à medida que o clima da Terra se aquece?
Elfatih Eltahir, professor de engenharia civil e ambiental do MIT e professor de hidrologia e clima H. ​​M. King Bhumibol, e ex-aluno de doutorado Alexandre Tuel Ph.D. '20 publicou recentemente um artigo no Boletim dos Cientistas Atômicos descrevendo como sua pesquisa ajuda a explicar esse clima europeu anômalo. As descobertas são baseadas em parte em análises descritas em seu livro "Future Climate of the Mediterranean and Europe", publicado no início deste ano. O MIT News pediu aos dois autores que descrevessem a dinâmica por trás desses eventos climáticos extremos.

P:A onda de calor na Europa neste verão foi antecipada com base nos modelos climáticos existentes?

Eltahir:Modelos climáticos projetam verões cada vez mais secos na Europa. Isto é especialmente verdade para a segunda metade do século XXI e para o sul da Europa. A secura extrema está frequentemente associada a condições quentes e ondas de calor, uma vez que qualquer redução na evaporação aquece o solo e o ar acima dele. Em geral, os modelos concordam em fazer tais projeções sobre os verões europeus. No entanto, entender os mecanismos físicos responsáveis ​​por essas projeções é uma área ativa de pesquisa.

Os mesmos modelos que projetam verões secos no sul da Europa também projetam invernos secos no vizinho Mar Mediterrâneo. De fato, o Mar Mediterrâneo se destaca como uma das regiões mais impactadas – um “ponto quente” literal – para as secas de inverno desencadeadas pelas mudanças climáticas. Novamente, até recentemente, a associação entre as projeções de estiagem de verão sobre a Europa e invernos secos sobre o Mediterrâneo não era compreendida.

Em recente pesquisa de doutorado do MIT, realizada no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, foi desenvolvida uma hipótese para explicar por que o Mediterrâneo se destaca como um ponto quente para as secas de inverno sob as mudanças climáticas. Além disso, a mesma teoria oferece uma compreensão mecanicista que conecta as projeções de verões secos no sul da Europa e invernos secos no Mediterrâneo.

O que é excitante sobre o clima observado na Europa no verão passado é o fato de que a seca observada começou e se desenvolveu com padrões espaciais e temporais que são consistentes com nossa teoria proposta e, em particular, a conexão com as condições secas observadas sobre o Mediterrâneo durante o período anterior. inverno.

P:O que há na área ao redor da bacia do Mediterrâneo que produz extremos climáticos tão incomuns?

Eltahir:Vários fatores se juntam para causar ondas de calor extremas como a que a Europa experimentou neste verão, bem como anteriormente, em 2003, 2015, 2018, 2019 e 2020. Entre eles, porém, influências mútuas entre a dinâmica atmosférica e as condições da superfície, conhecidas como feedbacks terra-atmosfera, parecem desempenhar um papel muito importante.

No clima atual, o sul da Europa está localizado na zona de transição entre os subtrópicos secos (o deserto do Saara no norte da África) e as latitudes médias relativamente úmidas (com um clima semelhante ao do noroeste do Pacífico). As altas temperaturas do verão tendem a fazer com que a precipitação que cai no solo evapore rapidamente e, como consequência, a umidade do solo durante o verão é muito dependente da precipitação da primavera.

Uma primavera seca na Europa (como a de 2022) causa solos secos no final da primavera e início do verão. Esta falta de água de superfície, por sua vez, limita a evaporação da superfície durante o verão. Seguem-se duas consequências importantes:primeiro, a energia radiativa recebida do sol vai preferencialmente para o aumento da temperatura do ar em vez da evaporação da água; e segundo, a entrada de água nas camadas de ar próximas à superfície diminui, o que torna o ar mais seco e a precipitação menos provável. Combinadas, essas duas influências aumentam a probabilidade de ondas de calor e secas.

Tuel:Através de feedbacks terra-atmosfera, fontes secas fornecem um ambiente favorável para verões quentes e secos persistentes, mas é claro que não são suficientes para causar ondas de calor diretamente. Uma faísca é necessária para acender o combustível. Na Europa e em outros lugares, essa faísca é fornecida pela dinâmica atmosférica em grande escala. Se um anticiclone se põe sobre uma área com solos muito secos, a temperatura da superfície pode disparar rapidamente à medida que os feedbacks terra-atmosfera entram em ação, desenvolvendo-se em uma onda de calor que pode persistir por semanas.

A sensibilidade à precipitação da primavera torna o sul da Europa e o Mediterrâneo particularmente propensos a ondas de calor persistentes no verão. Isso desempenhará um papel cada vez mais importante no futuro, já que a precipitação da primavera deve diminuir, tornando os verões escaldantes ainda mais prováveis ​​neste canto do mundo. O declínio na precipitação da primavera, que se origina como um inverno anormalmente seco ao redor do Mediterrâneo, é muito robusto nas projeções climáticas. O sul da Europa e o Mediterrâneo realmente se destacam da maioria das outras áreas terrestres, onde a precipitação aumentará em média com o aquecimento global.

Em nosso trabalho, mostramos que esse declínio do inverno no Mediterrâneo foi impulsionado por dois fatores independentes:por um lado, as tendências na circulação em grande escala, notadamente ondas atmosféricas estacionárias, e por outro lado, o aquecimento reduzido do Mar Mediterrâneo em relação ao os continentes circundantes - uma característica bem conhecida do aquecimento global. Ambos os fatores levam ao aumento da pressão do ar na superfície e à redução da precipitação no Mediterrâneo e no sul da Europa.

P:O que podemos esperar nas próximas décadas em termos de frequência e gravidade desses tipos de secas, inundações e outros extremos no clima europeu?

Tuel:Os modelos climáticos há muito mostram que a frequência e a intensidade das ondas de calor devem aumentar à medida que o clima global se aquece, e a Europa não é exceção. A razão é simples:à medida que a temperatura global aumenta, a distribuição da temperatura muda para valores mais altos e as ondas de calor se tornam mais intensas e mais frequentes. O sul da Europa e o Mediterrâneo, no entanto, serão particularmente atingidos. A razão para isso está relacionada aos feedbacks terra-atmosfera que acabamos de discutir. A precipitação de inverno no Mediterrâneo e a precipitação de primavera no sul da Europa diminuirão significativamente, o que levará a uma diminuição da umidade do solo no início do verão no sul da Europa e elevará ainda mais as temperaturas médias do verão; a região se tornará um verdadeiro foco de mudança climática.

Nesse sentido, 2022 pode realmente ser um gostinho do futuro. A sucessão de ondas de calor recentes na Europa, no entanto, sugere que as coisas podem estar indo mais rápido do que as projeções dos modelos climáticos sugerem. A variabilidade decadal ou tendências mal compreendidas na dinâmica atmosférica em larga escala podem desempenhar um papel aqui, embora isso ainda seja debatido. Outra possibilidade é que os modelos climáticos tendem a subestimar a magnitude dos feedbacks terra-atmosfera e minimizar a influência das anomalias de umidade do solo seco no clima de verão.

As tendências potenciais nas inundações são mais difíceis de avaliar porque as inundações resultam de uma multiplicidade de fatores, como precipitação extrema, níveis de umidade do solo ou cobertura da terra. Prevê-se que a precipitação extrema aumente na maioria das regiões, mas permanecem incertezas muito altas, principalmente porque a precipitação extrema é altamente dependente da dinâmica atmosférica sobre a qual os modelos nem sempre concordam.

O que é quase certo é que, com o aquecimento, o teor de água da atmosfera aumenta (seguindo uma lei da termodinâmica conhecida como relação Clausius-Clapeyron). Assim, se a dinâmica for favorável à precipitação, muito mais pode cair em um clima mais quente. As inundações do ano passado na Alemanha, por exemplo, foram desencadeadas por fortes chuvas sem precedentes, que as mudanças climáticas tornaram mais prováveis.