Mudanças Climáticas

Tempo e ClimaO estado da atmosfera pode ser descrito por variáveis que caracterizam sua condição física. Essas variáveis são o que chamamos de elementos meteorológicos: temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade e direção do vento, precipitação, pressão atmosférica, radiação solar, etc...

Para um dado local, o estado da atmosfera pode ser descrito tanto em termos instantâneos, definindo a condição atual, a qual é extremamente dinâmica, como também em termos estatísticos, definindo a condição média, a qual é por sua vez uma descrição estática.

Condição atual, mostrando a ocorrência de uma tempestade

Condição média, mostrando as diferenças entre as regiões brasileiras

À condição instantânea denomina-se:

TEMPO

À condição média denomina-se:

CLIMA

Classificação climática de Köppen:

Variabilidade Climática• Variabilidade climática corresponde às variações nos

padrões médios climáticos em escalas temporais e espaciais (mudanças no desvio padrão, ocorrência de extremos) que extrapolam um evento isolado com tempo atípico

• A variabilidade pode ser causada por:– Processos internos: processos que naturalmente fazem

parte do sistema climático– Processos externos: causas antropogênicas, por

exemplo. Neste caso esta definição fica mais próxima do conceito de mudança climática

Paleoclimatologia

Estudo do clima antes da difusão de sistemas de monitoramento e coleta de dados sobre temperatura, precipitação, etc (~100 anos atrás).

informações paleoclimatológicas dos últimos milhares de anos são as mais precisamente datadas e melhor amostradas e por isso podem ajudar a identificar a amplitude da variabilidade climática que existia antes da magnificação dos impactos antropogênicos globais.

As informações paleoclimatológicas estão bastante ligadas ao aparecimento da vida na Terra uma vez que os fósseis são uma fonte importante para reconstituir o clima passado e a fotossíntese transformou radicalmente a atmosfera original do planeta

O Que Diz a Paleoclimatologia?• O clima esteve sempre mudando• O sistema climático terrestre pode mudar radicalmente em

matéria de anos ou décadas. Um exemplo são os períodos de glaciação.

• A variabilidade climática afeta drasticamente os seres vivos. Um exemplo é a extinção de espécies devido à glaciação.

• As informações sobre a temperatura da Terra nos últimos 1000 anos mostram claramente que as temperaturas globais aumentaram. Este fato não tem precedentes nos últimos 1200 anos.

Variação na Temperatura da Superfície da Terra nos Últimos 1000 anos

Hemisfério Norte

Dados de termômetros (vermelho) anéis de árvore, corais, amostras de gelo, registros históricos (azul)

ano

Dife

renç

a co

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méd

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mpe

ratu

ra e

ntre

196

1-19

90 (º

C)

http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/figspm-1.htm

Mudança na temperatura da terra nos últimos 140 anos

• As diferenças anuais são apresentadas com relação à média do período 1961-1990

• Os dados representam os desvios da temperatura média de 1860 até o ano 2000

Temperatura (°C) →

Balanço de Energia da TerraRadiação solar incidente

Calor latente

Térmicas

Refletido por nuvens aerossóis e atmosfera

Saída de radiação de ondas longas

Refletida pela superfície

Emitida pela atmosfera

Absorvida pela atmosfera

Gases do efeito estufa

Radiação que volta

Radiação da superfícieEvapotrans-

piraçãoAbsorvida pela superfície

Balanço de Energia da Terra• Dentre os fatores estão

– Gases do efeito estufa– Aerosois + nuvens– Albedo– Atividade solar

• Importância do carbono dentre os fatores que afetam o balanço de energia da terra– CO2

– CH4

– Biomassa– Black Carbon (fumaça)

Efeito Estufa

• Radiação Solar• Radiação Terrestre• Gases de Efeito Estufa

Efeito estufa?

Radiação de ondas longas

Antigamente achava-se que o fenômeno observado na atmosfera era o mesmo que era responsável pelas temperaturas mais altas dentro de uma estufa. Mas atualmente sabe-se que o interior das estufas é mais quente do que o exterior devido à dificuldade que o ar quente de dentro tem de se misturar com o ar frio de fora.

Radiação solar

Espectro Eletromagnético

Radiação Eletromagnética

• Radiação eletromagnética é uma forma de energia caracterizada pelas oscilações dos campos eletromagnéticos.

• A transferência de energia se dá por fótons, que têm propriedades tanto de partículas quanto de ondas.

• Pela lei de Plank: E=hc/λ, ou seja, quanto maior a freqüência (ou menor o comprimento de onda), maior a energia associada. (c é a velocidade da luz, 3x108 m/s no vácuo)

Lei de Stephan-Boltzmann: E = εσTk

4

Ou seja, quanto maior a temperatura do corpo,

maior a radiação emitida.

Lei de Wien:λmax T = 2898

SOL

TERRA

Radiação visívelVioleta: 0.4 - 0.446 μm Azul: 0.446 - 0.500 μm

Verde: 0.500 - 0.578 μm Amarelo: 0.578 - 0.592 μm Laranja: 0.592 - 0.620 μmVermelho: 0.620 - 0.7 μm

IV térmico

Gases de Efeito Estufa

• Praticamente não absorvem radiação solar (radiação de onda curta), mas

• Absorvem radiação emitida pela superfície da Terra (radiação de onda longa).

• Quais são os principais gases de efeito estufa?

Absorção de radiação pelos gases da atmosfera

Comprimento de onda (μm) →

Comprimento de onda (μm) →

%

%

%

%

%

%

vapor d'água

dióxido de carbono

óxido nitroso

metano

ozônio e oxigênio molecular

Janela atmosférica

• O CO2 e o vapor d'água absorvem bem o infra vermelho e pouca luz visível.

• O CO2 e o vapor d'água também emitem radiação infravermelha.

• Combinado o efeito de todos os gases na atmosfera, existe uma região entre 8 e 11 μm que nem o vapor d'água e nem o CO2 absorvem radiação infra vermelho.

• Como as ondas com tais comprimento de onde geralmente estão deixando a atmosfera esta passagem é conhecida como janela atmosférica.

• As nuvens podem aumentar o efeito estufa atmosférico pois as pequenas gotículas absorvem infra vermelho e deixam passar a luz visível. As nuvens absorvem as ondas entre 8 e 11 μm que passam pelo vapor d'água e pelo CO2.

• As nuvens, especialmente as mais baixas e espessas, fecham a janela atmosférica!

Gases na Atmosfera e Absorção

• O CFC 12 absorve infra vermelho dentro da janela atmosférica. Portanto ele é um potente gás causador do efeito estufa atmosférico

• De forma geral:– O vapor d'água é responsável por 60% do efeito– O CO2 é responsável por 26% do efeito

– Os demais gases contribuem com 14% do efeito

Gases de efeito estufa• Principal: vapor d´água• MAS: maior preocupação tem sido com as emissões de atividades

antropogênicas

Fatores que determinam a temperatura do ar próximo à superfície:

• Quantidade de radiação solar que a Terra recebe;

• Quantidade de radiação solar que a Terra reflete;

• Retenção do calor pela atmosfera; e• Evaporação e condensação de vapor d’água.

Mudanças Climáticas Naturais

● Acredita-se que a temperatura média da Terra tenha variado bastante durante sua evolução.

● A figura acima mostra a variação da temperatura média da Terra de acordo com Scotese (http://www.scotese.com)

Quais os processos que mudam naturalmente o

clima? 1.Tectônica de placas2.Erupções vulcânicas3.Variações na intensidade de radiação solar, e 4.Variações na órbita da Terra.

1. Tectônica de Placas• O movimento dos continentes influenciou não

apenas o clima em locais específicos, como também afetou a temperatura global ao redistribuir a radiação solar e/ou proveniente das massas continentais devido a alterações no tipo de vegetação/geleira que cobria a Terra.

1. Tectônica de Placas• O movimento dos continentes influenciou não

apenas o clima em locais específicos, como também afetou a temperatura global ao redistribuir a radiação solar e/ou proveniente das massas continentais devido a alterações no tipo de vegetação/geleira que cobria a Terra.

Clima do período final do Devoniano(360 milhões de anos atrás)

• A Pangea começava a se formar.

• O Canadá estava coberto por florestas tropicais

• A bacia Amazônica se encontrava próxima ao Pólo Sul, coberta por gelo.

Clima no final do Carbonífero(300 milhões de anos atrás)

• Extensas florestas cobriam as regiões tropicais da Pangea, que estava limitada ao norte e ao sul por desertos. Uma capa de gelo cobria o Pólo Sul.

Clima do início e meio do Jurássico(150 milhões de anos atrás)

● A mega-monção da Pangea estava ativa durante esse período.

● O interior da Pangea era muito quente e seco. Desertos cobriam o que agora são as florestas Amazônica e do Congo.

Clima do início do Cretáceo(100 milhões de anos atrás)

Mini era do Gelo.

Havia neve e gelo durante os invernos e as florestas temperadas cobriam as regiões polares.

Clima do final do Cretáceo (70 milhões de anos atrás)

• O clima era mais quente do que o de hoje.

• Não existia gelo nos pólos.

• Os dinossauros migraram entre as zonas temperadas quente e fria, conforme a mudança de estação.

Clima do Oligoceno(30 milhões de anos atrás)

• Gelo cobria o Pólo Sul, mas não o Pólo Norte.

• Florestas temperadas, com temperaturas amenas cobriam o norte da Eurásia e da América do Norte.

Clima do Mioceno(15 milhões de anos atrás)

• Clima parecido com o de hoje, mas mais quente.

• Os cinturões climáticos eram bem definidos, estendendo-se dos Pólos ao Equador.

Causas Naturais da Variabilidade Climática

Forças naturais (erupções vulcânicas e mudanças na

atividade solarManchas na superfície solar (sunspots) podem aparecer devido à campos magnéticos no interior do sol. Estas manchas apresentam temperaturas mais baixas e podem estar associadas com a ocorrência de flares (chamas como aquelas observadas nas refinarias)

Além da emissão de gases, uma erupção vulcânica joga na atmosfera aerossóis (partículas) que podem causar um resfriamento no clima global.

2. Erupções vulcânicas• A quantidade e localização de material ejetado à

atmosfera por vulcões provavelmente teve um impacto significativo no clima ao longo das eras.

• Vulcões emitem gases de efeito estufa como CO2 e H2O, mas também emitem SO2, que podem gerar partículas finas na atmosfera. Essas partículas pequeninas podem refletir a radiação solar, diminuindo a temperatura da superfície.

Mancha Solar (Sunspot)

Tamanho da Terra

Imagem do dia 30 de março de 2001. Uma mancha solar é uma região na superfície do sol com temperatura mais baixa devido á ação de campos magnéticos no interior do sol. As temperaturas da mancha estão entre 4000-4500 K, o que cria um contraste com o arredor que tem temperaturas de 5700 K.

3. Variação solar

Ciclo de Milankovitch

Este ciclo que explica as diferenças na insolação terrestre devido à mudanças no posicionamento da Terra em relação ao Sol é uma das causas mais importantes na variabilidade climática observada.

4. Variação da órbita da Terra(ciclos de Milankovitch)

• Excentricidade: varia com um período de 100.000 anos. Atualmente, a órbita da Terra é praticamente circular, mas daqui a 50.000 anos, ela estará mais excêntrica, com maiores diferenças entre o afélio (mais longe) e periélio (mais perto).

• Precessão do periélio: atualmente, a Terra está mais perto do sol (periélio) em Janeiro e mais longe (afélio) em Julho. A variação do período do ano em que o periélio ocorre se chama precessão do periélio.

• Precessão do equinócio: o eixo de rotação da Terra está inclinado (23.5¼) com relação à orbita que nosso planeta faz ao redor do sol. Esta inclinação pode variar entre 22.5¼ e 24.5¼ num período de 41.000 anos.

• A combinação destes ciclos leva à variação de radiação solar que chega à Terra.

Obliquidade

Valor atual:23.44°

Frequência:41.000 anos

Precessão

Frequência:19.000 - 23.000 anos

Ecentricidade

Modelo de Milankovitch

Forçante Radiativa• As temperaturas da superfície e da atmosfera terrestre

dependem do balanço da energia que entra (radiação solar) e a energia que sai (radiação terrestre).

• A superfície (continentes e oceanos) da Terra absorve a radiação solar, aquecendo e re-emitindo radiação na faixa do infravermelho. Em termos de média anual, a radiação solar que incide sobre a Terra está em balanço com a radiação terrestre que sai.

• Qualquer fator que altere este balanço pode afetar o clima.• Forçante radiativa é qualquer variação no balanço de energia

disponível para o sistema global Terra-Atmosfera.• Forçantes radiativas positivas tendem a aquecer a superfície da

Terra e a baixa atmosfera (aumento da concentração de gases de efeito estufa).

• Forçantes negativas tendem a esfriá-las (material particulado?).

Forçantes antropogênicas

Forçantes negativas (esfriam a Terra)

1. Em aumentando a temperatura média da Terra, supõe-se que poderá haver um aumento na população de algas no oceano mais quente. As algas absorverão mais CO2, reduzindo a concentração deste gás na atmosfera, provocando seu resfriamento.

2. O aumento de CO2 na atmosfera estimula o crescimento das plantas. Maior quantidade de vegetação implica em maior absorção de CO2 da atmosfera, resfriando-a.

Forçantes negativas (esfriam a Terra)

3. Em havendo um aquecimento da atmosfera (como se supõe que esteja ocorrendo atualmente), o ar pode conter maior quantidade de vapor, podendo aumentar a precipitação nas regiões polares. Aumentando a neve, aumenta a radiação solar refletida pela superfície, levando ao resfriamento.

4. Cobertura de nuvens (ainda uma grande fonte de incerteza...): quanto maior a temperatura da atmosfera, maior a evaporação de água dos oceanos, maior a quantidade de vapor d’água na atmosfera, maior a quantidade de nuvens. Como as nuvens tendem a refletir a radiação solar, a Terra poderia resfriar com o aumento de nuvens.

1. Aumento da quantidade de vapor d’água na atmosfera: causada pelo aumento da temperatura do ar. O vapor d’água é um gás estufa importante, retendo o calor na atmosfera.

2. Derretimento das geleiras: podem causar ● a liberação do gás metano (outro gás estufa

importante)● Diminuição da superfície de gelo leva a uma menor

reflexão da radiação solar (neve reflete bastante, água absorve bastante).

Forçantes positivas (aquecem a Terra)

3. Queima de combustíveis fósseis: aumenta a liberação de CO2 para a atmosfera

Forçantes positivas (aquecem a Terra)

Feed-backs• Um feed-back é um processo no qual uma mudança no

sistema vai reforçar esta mudança (feed-back positivo) ou enfraquecer esta mudança (feed-back negativo)

• Feed-backs importantes:– Nuvens– Oceanos– Desmatamento

• Um fator importante, no caso da combinação de feed-backs positivos e negativos, é a velocidade com a qual as mudanças ocorrem

Feed-backs

Aumento na Tdos oceanos

Aumento do vapor d'água na atmosfera

Aumento no efeito estufa atmosférico

Aumento na Tda Terra

Feed-backs: Nuvens

Temperaturados oceanos

Vapor d'água na atmosfera

Aumento no efeito estufa atmosférico

Abaixa a Tda Terra

Nuvens naatmosferaAumento no albedo

da Terra

Fechamento dajanela atmosférica

Aumento na radiaçãosolar refletida

Aumenta a Tda Terra

- +

-

-

+

+

- +

?

Balanço das forçantes radiativas

• Os processos acontecem simultaneamente. Quem ganha?

• Pelas observações, parece que as forçantes positivas (que aquecem a Terra) estão ganhando.

Observações diretas de mudanças climáticas recentes

The ice cap on Kilimanjaro is melting so fast it may disappear by 2020

Emissão de GHG’s

Queimada Amazonas

Credit: Jacques Descloitres, MODIS Land Rapid Response Team, NASA/GSFC

The global distribution of carbon monoxide. Elevated CO is present in regions with biomass burning. The data is largely consistent with MOPITT and model results. (image: H. Schrijver, SRON)

Concentração de Monóxido de Carbono na baixa

atmosfera

Poeira

The Global Dust Belt. A 20 day average of SCIAMACHY AAI in June 2004 shows the spatial distribution of desert dust, called the Global Dust Belt (Prospero et al. 2002). Even from a 20 day average, AAI peaks coincide with the major desert areas in the northern hemisphere and the AAI shows Saharan dust being transported over the Atlantic Ocean. (image: M. de Graaf, KNMI)

Methane concentrations for August-November 2003

(top). Emissions are high in India and parts of China due to agricultural activities but also over tropical rainforests with still unknown reason. This phenomenon becomes

obvious when measurements are compared with model calculations. In the bottom

panel the difference between retrieved and modelled densities is shown with

discrepancy 'hot spots' in Indonesia, Central Africa and

South America. (images: Frankenberg et al. 2005)

Concentração NO2

Global survey of tropospheric NO2 for December 2003 to November 2004. Clearly visible are the industrialised regions in the northern hemisphere and regions of biomass burning in the southern hemisphere. (image: A. Richter, IUP-IFE, University of Bremen)

Concentração de vapor d’água

Global monthly mean of gridded SCIAMACHY water vapour columns for October 2003. White areas denote either regions of missing SCIAMACHY data or high mountain areas where data have been removed by the inherent AMC-DOAS quality check. (image: S. Noël, IUP-IFE, University of Bremen)

From: Steffen et al. 2004

From: Steffen et al. 2004

Em São Paulo• Variabilidade climática da temperatura no estado de São

Paulo• Amanda Sabatini Dufek & Tércio Ambrizzi• XIII SICUSP / nov 2006• Dados diários do Instituto Agronômico de Campinas (IAC) e

da estação climatológica da Água Funda entre 1955 e 2002.• Resultados:

– Temperatura mínima diária aumentando– Número de noites mais frias diminuindo– Temperatura máxima diária: tendência ligeiramente negativa– Extremos mais frios da temperatura máxima estão diminuindo– Amplitudes da temperatura diurna diminuindo

Em São Paulo• Variabilidade climática da precipitação no estado de São Paulo• Amanda Sabatini Dufek & Tércio Ambrizzi• Submetido à Meteorological & Applied Climatoloty / out 2006• Dados diários de 59 estações do Departamento de Água e

Energia Elétrica (DAEE) entre 1990 e 1999.• Resultados:

– Aumento na precipitação anual associada a precipitações mais intensas– Número de dias sem chuva consecutivos tem aumentado– Dias com precipitações mais intensas têm aumentado– Ou seja: precipitações mais intensas estão concentradas em poucos dias

Para saber mais

• http://www.gsfc.nasa.gov/gsfc/earth/terra• http://atmos.caf.dlr.de/projects/scops/

sciamachy_book/sciamachy_book_figures/chapter_10_figures.html

• http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/50401.html