Clima

Clima é o padrão climático de longo prazo em uma região, geralmente com uma média de 30 anos. Mais rigorosamente, é a média e a variabilidade das variáveis meteorológicas ao longo de um período de meses a milhões de anos. Algumas das variáveis meteorológicas comumente medidas são temperatura, umidade, pressão atmosférica, vento e precipitação. Num sentido mais amplo, o clima é o estado dos componentes do sistema climático, incluindo a atmosfera, hidrosfera, criosfera, litosfera e biosfera e as interações entre eles. O clima de um local é afetado por sua latitude, longitude, terreno, altitude, uso da terra e corpos d'água próximos e suas correntes.

Os climas podem ser classificados de acordo com as variáveis médias e típicas, mais comumente temperatura e precipitação. O esquema de classificação mais utilizado foi a classificação climática de Köppen. O sistema Thornthwaite, em uso desde 1948, incorpora a evapotranspiração junto com informações de temperatura e precipitação e é usado no estudo da diversidade biológica e como as mudanças climáticas a afetam. Por fim, os sistemas Bergeron e Spatial Synoptic Classification enfocam a origem das massas de ar que definem o clima de uma região.

A paleoclimatologia é o estudo dos climas antigos. Os paleoclimatologistas procuram explicar as variações climáticas para todas as partes da Terra durante um determinado período geológico, começando com o tempo de formação da Terra. Como muito poucas observações diretas do clima estavam disponíveis antes do século XIX, os paleoclimas são inferidos a partir de variáveis substitutas. Eles incluem evidências não bióticas – como sedimentos encontrados em leitos de lagos e núcleos de gelo – e evidências bióticas – como anéis de árvores e corais. Os modelos climáticos são modelos matemáticos de climas passados, presentes e futuros. As mudanças climáticas podem ocorrer em escalas de tempo longas e curtas a partir de vários fatores. O aquecimento recente é discutido no aquecimento global, que resulta em redistribuições. Por exemplo, "uma mudança de 3 °C [5 °F] na temperatura média anual corresponde a uma mudança nas isotermas de aproximadamente 300–400 km [190–250 mi] na latitude (na zona temperada) ou 500 m [1.600 pés] de elevação. Portanto, espera-se que as espécies se movam para cima em altitude ou em direção aos pólos em latitude em resposta às mudanças nas zonas climáticas."

Definição

Clima (do grego antigo κλίμα 'inclinação') é comumente definido como a média do tempo durante um longo período. O período médio padrão é de 30 anos, mas outros períodos podem ser usados dependendo da finalidade. O clima também inclui outras estatísticas além da média, como as magnitudes das variações diárias ou anuais. A definição do glossário do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) 2001 é a seguinte:

O clima em um sentido estreito é geralmente definido como o "tempo médio", ou mais rigorosamente, como a descrição estatística em termos da média e variabilidade de quantidades relevantes ao longo de um período que varia de meses a milhares ou milhões de anos. O período clássico é de 30 anos, conforme definido pela Organização Meteorológica Mundial (OMM). Essas quantidades são mais frequentemente variáveis de superfície, como temperatura, precipitação e vento. O clima em um sentido mais amplo é o estado, incluindo uma descrição estatística do sistema climático.

A Organização Meteorológica Mundial (OMM) descreve "normais climáticas" como "pontos de referência usados pelos climatologistas para comparar as tendências climatológicas atuais com as do passado ou o que é considerado típico. Uma normal climática é definida como a média aritmética de um elemento climático (por exemplo, temperatura) durante um período de 30 anos. Um período de 30 anos é usado, pois é longo o suficiente para filtrar qualquer variação interanual ou anomalias, como El Niño–Oscilação Sul, mas também curto o suficiente para mostrar tendências climáticas mais longas."

A OMM originou-se da Organização Meteorológica Internacional, que estabeleceu uma comissão técnica para climatologia em 1929. Em sua reunião de Wiesbaden em 1934, a comissão técnica designou o período de trinta anos de 1901 a 1930 como o período de referência para os padrões climatológicos normais. Em 1982, a OMM concordou em atualizar as normais climáticas, e estas foram subsequentemente concluídas com base nos dados climáticos de 1º de janeiro de 1961 a 31 de dezembro de 1990. As normais climáticas de 1961–1990 servem como período de referência de linha de base. O próximo conjunto de normais climáticas a ser publicado pela OMM é de 1991 a 2010. Além de coletar as variáveis atmosféricas mais comuns (temperatura do ar, pressão, precipitação e vento), outras variáveis como umidade, visibilidade, quantidade de nuvens, radiação solar, temperatura do solo, taxa de evaporação da panela, dias com trovão e dias com granizo também são coletados para medir a mudança nas condições climáticas.

A diferença entre clima e tempo é utilmente resumida pela frase popular "Clima é o que você espera, tempo é o que você obtém." Ao longo de períodos de tempo históricos, há uma série de variáveis quase constantes que determinam o clima, incluindo latitude, altitude, proporção de terra para água e proximidade de oceanos e montanhas. Todas essas variáveis mudam apenas em períodos de milhões de anos devido a processos como as placas tectônicas. Outros determinantes climáticos são mais dinâmicos: a circulação termohalina do oceano leva a um aquecimento de 5 °C (41 °F) do norte do Oceano Atlântico em comparação com outras bacias oceânicas. Outras correntes oceânicas redistribuem o calor entre a terra e a água em uma escala mais regional. A densidade e o tipo de cobertura vegetal afetam a absorção de calor solar, a retenção de água e a precipitação em nível regional. Alterações na quantidade de gases de efeito estufa atmosférico determinam a quantidade de energia solar retida pelo planeta, levando ao aquecimento global ou ao resfriamento global. As variáveis que determinam o clima são numerosas e as interações complexas, mas há um consenso geral de que as linhas gerais são compreendidas, pelo menos no que diz respeito aos determinantes da mudança climática histórica.

Classificação do clima

Mundial Köppen classificações climáticas

As classificações climáticas são sistemas que categorizam os climas do mundo. Uma classificação climática pode estar intimamente correlacionada com uma classificação de bioma, pois o clima é uma grande influência na vida de uma região. Um dos mais usados é o esquema de classificação climática de Köppen desenvolvido pela primeira vez em 1899.

Existem várias maneiras de classificar os climas em regimes semelhantes. Originalmente, os climas foram definidos na Grécia Antiga para descrever o clima dependendo da latitude de um local. Os métodos modernos de classificação do clima podem ser amplamente divididos em métodos genéticos, que se concentram nas causas do clima, e métodos empíricos, que se concentram nos efeitos do clima. Exemplos de classificação genética incluem métodos baseados na frequência relativa de diferentes tipos de massa de ar ou locais dentro de distúrbios climáticos sinópticos. Exemplos de classificações empíricas incluem zonas climáticas definidas pela robustez das plantas, evapotranspiração ou, mais geralmente, a classificação climática de Köppen, que foi originalmente projetada para identificar os climas associados a certos biomas. Uma deficiência comum desses esquemas de classificação é que eles produzem limites distintos entre as zonas que definem, em vez da transição gradual das propriedades climáticas mais comuns na natureza.

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Paleoclimatologia

A paleoclimatologia é o estudo do clima passado durante um grande período da história da Terra. Ele usa evidências com diferentes escalas de tempo (de décadas a milênios) de mantos de gelo, anéis de árvores, sedimentos, pólen, corais e rochas para determinar o estado passado do clima. Demonstra períodos de estabilidade e períodos de mudança e pode indicar se as mudanças seguem padrões como ciclos regulares.

Moderno

Detalhes do registro climático moderno são conhecidos por meio de medições de instrumentos meteorológicos como termômetros, barômetros e anemômetros durante os últimos séculos. Os instrumentos usados para estudar o clima na escala de tempo moderna, sua frequência de observação, seu erro conhecido, seu ambiente imediato e sua exposição mudaram ao longo dos anos, o que deve ser considerado ao estudar o clima dos séculos passados. Os registros climáticos modernos de longo prazo se inclinam para centros populacionais e países ricos. Desde a década de 1960, o lançamento de satélites permite a coleta de registros em escala global, incluindo áreas com pouca ou nenhuma presença humana, como a região do Ártico e os oceanos.

Variabilidade climática

Variabilidade climática é o termo para descrever variações no estado médio e outras características do clima (como chances ou possibilidade de condições meteorológicas extremas, etc.) "em todas as escalas espaciais e temporais além daquelas de eventos climáticos individuais. " Parte da variabilidade não parece ser causada sistematicamente e ocorre em momentos aleatórios. Essa variabilidade é chamada de variabilidade aleatória ou ruído. Por outro lado, a variabilidade periódica ocorre de forma relativamente regular e em modos distintos de variabilidade ou padrões climáticos.

Existem correlações próximas entre as oscilações climáticas da Terra e os fatores astronômicos (mudanças no baricentro, variação solar, fluxo de raios cósmicos, feedback do albedo das nuvens, ciclos de Milankovic) e modos de distribuição de calor entre o sistema climático oceano-atmosfera. Em alguns casos, as oscilações naturais atuais, históricas e paleoclimatológicas podem ser mascaradas por erupções vulcânicas significativas, eventos de impacto, irregularidades nos dados de proxy do clima, processos de feedback positivo ou emissões antropogênicas de substâncias como gases de efeito estufa.

Ao longo dos anos, as definições de variabilidade climática e o termo relacionado mudança climática mudaram. Embora o termo mudança climática agora implique mudança que é tanto de longo prazo quanto de causa humana, na década de 1960 a palavra mudança climática foi usada para o que hoje descrevemos como variabilidade climática, ou seja, inconsistências climáticas e anomalias.

Mudanças climáticas

Temperaturas médias do ar da superfície de 2011 a 2021 em comparação com a média 1956-1976. Fonte: NASA

Temperatura observada da NASA vs a média 1850-1900 utilizada pelo IPCC como base pré-industrial. O principal condutor para o aumento das temperaturas globais na era industrial é a atividade humana, com forças naturais que adicionam variabilidade.

A mudança climática é a variação dos climas globais ou regionais ao longo do tempo. Ele reflete as mudanças na variabilidade ou estado médio da atmosfera em escalas de tempo que variam de décadas a milhões de anos. Essas mudanças podem ser causadas por processos internos à Terra, forças externas (por exemplo, variações na intensidade da luz solar) ou, mais recentemente, atividades humanas. No uso recente, especialmente no contexto da política ambiental, o termo "mudança climática" muitas vezes se refere apenas às mudanças no clima moderno, incluindo o aumento da temperatura média da superfície conhecido como aquecimento global. Em alguns casos, o termo também é usado com a presunção de causalidade humana, como na Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC). A UNFCCC usa "variabilidade climática" para variações não humanas causadas.

A Terra passou por mudanças climáticas periódicas no passado, incluindo quatro grandes eras glaciais. Estes consistem em períodos glaciais onde as condições são mais frias que o normal, separados por períodos interglaciais. O acúmulo de neve e gelo durante um período glacial aumenta o albedo da superfície, refletindo mais energia do Sol no espaço e mantendo uma temperatura atmosférica mais baixa. Aumentos nos gases de efeito estufa, como por atividade vulcânica, podem aumentar a temperatura global e produzir um período interglacial. As causas sugeridas dos períodos da era do gelo incluem as posições dos continentes, variações na órbita da Terra, mudanças na produção solar e vulcanismo. No entanto, essas mudanças climáticas causadas naturalmente ocorrem em uma escala de tempo muito mais lenta do que a atual taxa de mudança causada pela emissão de gases de efeito estufa por atividades humanas.

Modelos climáticos

Os modelos climáticos usam métodos quantitativos para simular as interações e a transferência de energia radiativa entre a atmosfera, oceanos, superfície terrestre e gelo através de uma série de equações físicas. Eles são usados para uma variedade de propósitos; desde o estudo da dinâmica do tempo e do sistema climático, até as projeções do clima futuro. Todos os modelos climáticos equilibram, ou quase equilibram, a energia recebida como radiação eletromagnética de ondas curtas (incluindo visível) para a Terra com a energia de saída como radiação eletromagnética de onda longa (infravermelha) da Terra. Qualquer desequilíbrio resulta em uma mudança na temperatura média da Terra.

Os modelos climáticos estão disponíveis em diferentes resoluções, variando de >100 km a 1 km. Altas resoluções em modelos climáticos globais são computacionais muito exigentes e existem apenas alguns conjuntos de dados globais. Os modelos climáticos globais podem ser reduzidos dinâmica ou estatisticamente para modelos climáticos regionais para analisar os impactos das mudanças climáticas em escala local. Os exemplos são ICON ou dados mecanicamente reduzidos, como CHELSA (Climatologias em alta resolução para as áreas de superfície terrestre da Terra).

As aplicações mais comentadas desses modelos nos últimos anos têm sido seu uso para inferir as consequências do aumento dos gases de efeito estufa na atmosfera, principalmente o dióxido de carbono (ver gases de efeito estufa). Esses modelos prevêem uma tendência ascendente na temperatura média global da superfície, com o aumento mais rápido da temperatura sendo projetado para as latitudes mais altas do Hemisfério Norte.

Os modelos podem variar de relativamente simples a bastante complexos:

• Modelo de transferência de calor radiante simples que trata a terra como um único ponto e média de energia de saída
• este pode ser expandido verticalmente (modelos radiativo-convectivos), ou horizontalmente
• finalmente, (coupled) atmosfera-ocean-sea gelo modelos de clima global discreta e resolver as equações completas para transferência de massa e energia e intercâmbio radiante.