ANÁLISE DA VARIABILIDADE CLIMÁTICA NA AMÉRICA DO SUL

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1 ANÁLISE DA VARIABILIDADE CLIMÁTICA NA AMÉRICA DO SUL Karina da Silva Ribeiro, Luiz Landau, Audálio Rebelo Torres Junior, Luiz Paulo de Freitas Assad Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro RJ, ABSTRACT: Large-scale climate events have the potential to cause significant impacts on agriculture, economy and quality of life of the human population. Environmental impacts caused by human action have grown significantly since the Industrial Revolution to the present day. Evidence obtained through observations in continental and oceanic regions shows that many natural systems are being affected, mainly by increases in temperature, due to the increase of greenhouse gas emissions, as derived from burning fossil fuels. This paper aims to identify and analyze climate change in South America originated from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), from the A1FI scenario. The scenario analysis has an emphasis on intensive use of fossil fuels. For this purpose we used the climate model CM2.1 the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL). Palavras-chave: mudanças climáticas antropogênicas, dinâmica atmosférica, combustíveis fósseis. 1. INTRODUÇÃO Entender o funcionamento do sistema climático é de fundamental importância para compreender as mudanças climáticas futuras. Em escala planetária, o sistema climático é regulado pela quantidade de energia solar que a Terra recebe. Entretanto, o clima global também é afetado por outros fluxos de energia entre os componentes do sistema climático. Os principais componentes do sistema climático são: a atmosfera, a hidrosfera, a criosfera, a biosfera e a superfície terrestre. A atmosfera tem um papel crucial na regulação do clima da Terra e é constituída por cerca de 78.1% de nitrogênio, 20.9% de oxigênio e 0.93% de argônio. Os gases do efeito estufa representam apenas 0.1% do total, mas tem um papel essencial no balanço de energia da Terra. A hidrosfera compreende rios, lagos, aqüíferos, oceanos e mares, armazenando e transportando energia em abundância, além de dissolver e estocar grandes quantidades de CO2. Devido à grande inércia térmica dos oceanos, eles funcionam como reguladores do clima terrestre e como fontes de variabilidade climática natural. A criosfera constituída por lâminas de gelo da Groelândia e Antártida, geleiras continentais, campos de neve e gelo marinho - exerce influência no sistema climático devido à alta refletividade à radiação solar, baixa condutividade térmica e por ter um papel crítico para a circulação oceânica. A superfície terrestre cobre cerca de 30% do globo e a distribuição das áreas terrestres e oceânicas tem um papel fundamental na determinação do clima global. Atualmente, cerca de 70% da superfície terrestre está localizada no Hemisfério Norte (HN) e essa assimetria causa diferenças significativas entre os climas dos dois hemisférios. Além disso, a vegetação e a cobertura sazonal de neve da superfície terrestre têm um papel importante no fluxo de ar, na absorção de energia solar e no ciclo hidrológico. A biosfera tem um papel importante no ciclo de carbono e na 1

2 determinação da concentração atmosférica de gases do efeito estufa e de aerossóis, além de afetar o albedo da superfície terrestre (Shimizu, M. H., 2007). A maior preocupação tem sido com mudanças relativamente recentes e ponderáveis nas concentrações de gases, devido a atividades antropogênicas. Isso foi observado mais intensamente após a Revolução Industrial. A geração de energia elétrica, sistema de transporte, aquecimento de ambientes internos entre outros, baseou-se no consumo de energia obtida pela queima de combustíveis fósseis, principal recurso energético empregado até hoje. Esta é a maior fonte antropogênica de gases de Efeito Estufa como o dióxido de carbono, além do que o uso de combustíveis fósseis é responsável por emissões de metano e outros compostos orgânicos. O aumento das concentrações de O3 na troposfera, também se deve particularmente às reações fotoquímicas que se processam com produtos e resíduos do uso de combustíveis fósseis (Xavier, M. E. R., 2004). O IPCC foi criado em 1988 pela Organização Mundial de Meteorologia com o objetivo de acessar informações científicas, técnicas e sócio-econômicas relevantes ao conhecimento da influência antrópica nas mudanças climáticas globais. Nesse sentido quatro grandes boletins (assessment reports) foram gerados nos anos de 1990, 1995, 2001, Dentre as principais conclusões obtidas por esses boletins pode-se destacar a existência do problema de aquecimento global e o aumento da concentração dos gases do Efeito Estufa nos últimos 50 anos causando um aumento de temperatura no planeta. Tais conclusões são obtidas, dentre outros métodos, a partir do desenvolvimento e da aplicação de modelos computacionais climáticos oriundos de diferentes instituições de pesquisa participantes do projeto citado. Os cenários de evolução de mudanças climáticas projetados pelo IPCC são organizados em quatro categorias (A1, A2, B1 e B2), que exploram diferentes caminhos de desenvolvimento da humanidade, abrangendo variáveis demográficas, econômicas e tecnológicas e as emissões de gases de efeito estufa decorrentes. Porém, o cenário A1 projetado pelo IPCC é subdivido em três grupos; A1FI, A1T e A1B. Esse trabalho tem como objetivo principal analisar de forma conjunta variáveis atmosféricas na América do Sul oriundas do modelo climático CM2.1 desenvolvido pelo GFDL. Dessa forma, pretende-se obter um maior conhecimento sobre possíveis alterações na dinâmica atmosférica, referentes ao cenário A1FI do IPCC. 2. MATERIAL E MÉTODOS A metodologia desse trabalho consiste basicamente na análise de resultados obtidos por um experimento computacional climático para o cenário A1FI do IPCC. Para tal, foram desenvolvidas as seguintes atividades: Aquisição de artigos e relatórios técnicos do IPCC e também de campos de variáveis dinâmicas e termodinâmicas oriundas do experimento climático realizado com o modelo CM2.1 (Stoufferet et al, 2006), desenvolvido pelo GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) sob a administração da NOAA (National Ocean Atmosphere Administration); aquisição e organização dos dados ambientais do cenário A1FI e do experimento de controle 1860 (pré industrial) junto ao sítio da internet do GFDL; análise dos dados atmosféricos para os diferentes cenários a partir dos cálculos de anomalias das variáveis analisadas para a região de interesse separadamente. As análises a serem realizadas têm como abrangência toda a região da América do Sul, parte da bacia do Oceano Atlântico Sul e parte da bacia do Oceano Pacífico Sul. As variáveis (duas dimensões) adquiridas foram: Precipitação, vento zonal, vento meridional, temperatura do ar, umidade específica e pressão atmosférica ao nível do mar. A descrição do modelo climático cujos resultados foram analisados, é apresentada. 2

3 2.1 MODELO CM2.1 O CM2.1 é um modelo de Volume-Finito (VF). O modelo foi utilizado para realizar uma série de simulações climáticas para o relatório de 2007 do IPCC, e é capaz de simular as principais características do aquecimento observado no século 20. Os resultados gerados por esse modelo estão disponíveis gratuitamente na rede. Para o modelo acoplado CM2.1, a resolução horizontal do modelo é de 2,5 longitude por 2 latitude, o modelo atmosférico tem 24 níveis verticais. O modelo oceânico possui resolução espacial horizontal meridional de 1º x 1º e resolução espacial zonal de 1º/3 x 1º/3 entre 10º S e 10º N relaxando para 1º em direção aos pólos com 50 níveis na vertical no oceano, sendo 22 níveis igualmente espaçados até a profundidade 220 m. 2.2 CENÁRIO A1FI Pertencente ao cenário da família A1, esse cenário descreve um desenvolvimento mundial com rápido crescimento econômico, população global que atinge seu pico na metade do século e declina após, e a rápida introdução de novas tecnologias. O cenário A1 se desenvolve dentro de três grupos que descrevem mudanças tecnológicas em direções alternativas no sistema de energia. Os três grupos do A1 se diferem devido às suas ênfases tecnológicas: A1FI (uso intensivo de fontes fósseis por um período de 100 anos; ), A1T (sem fontes fósseis de energia) e A1B (um equilíbrio entre todos os tipos de fontes). 2.3 EXPERIMENTO CONTROLE 1860 Agentes forçantes compatíveis com o ano de 1860 foram aplicados ao modelo acoplado, o qual foi completado por um período de ajuste (correção) de mais ou menos 220 anos. O ano 1 dos dados do experimento controle 1860 arquivados inicia no fim do período de correção. Além disso, gases de Efeito Estufa (CO2, CH4, N2O), ozônio troposférico e estratosférico, poeira, sal marinho e irradiância solar estão incluídos no experimento controle O efeito direto dos aerossóis troposféricos é calculado pelo modelo, porém não são calculados os efeitos indiretos. 2.4 CÁLCULOS DAS ANOMALIAS Os cálculos das anomalias determinam o quanto as variáveis meteorológicas e oceânicas do cenário A1FI gerado pelo IPCC divergem em relação ao experimento de controle Foram estimados os campos de anomalia de variáveis dinâmicas e termodinâmicas atmosféricas para o centésimo e último ano. 2. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na figura 1 está representada o campo de anomalia referente à temperatura do ar em superfície para todas as estações do ano de Observa-se a presença de valores mais intensos na região da Amazônia durante os meses de inverno e primavera. 3

4 Figura 1: Temperatura do ar em superfície; a)verão, b) outono, c) inverno, d) primavera. Na figura 2 está representada o campo de anomalia referente à precipitação para todas as estações do ano de Observa-se a presença de valores intensos na região da Amazônia durante os meses de verão; porém, durante a mesma estação do ano, notam-se valores negativos na região do Nordeste do Brasil. Figura 2: Precipitação; a) verão, b) outono, c) inverno, d) primavera 4

5 4. CONCLUSÕES As estações do ano de 2100 sofreram mudanças significativas em relação às variáveis meteorológicas; temperatura do ar e precipitação. Pretende-se, a partir dos resultados obtidos, avaliar o desempenho do modelo em relação a outros modelos climáticos utilizados pelo IPCC em descrever mudanças climáticas na América do Sul. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MUDANÇA DO CLIMA 2007: Impactos, Adaptação e Vulnerabilidade; Contribuição do Grupo de Trabalho II ao Quarto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima. MUDANÇA DO CLIMA 2007: A Base das Ciências Físicas; Contribuição do Grupo de Trabalho I ao Quarto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima. SHIMIZU M. H.; Simulação do Clima do Último Máximo Glacial: Um Experimento com um Modelo Estatístico-Dinâmico, XAVIER M. E. R., KERR A. S.; A análise do efeito estufa em textos para-didáticos e periódicos jornalísticos, STOUFFER; GFDL s CM2 Global Coupled Climate Models. Part IV: Idealized Climate Response; Março 2006, Vol. 19, No. 5, CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA SOBRE MEIO AMBIENTE E RESPONSABILIDADE SOCIAL; Relatório do IPCC/ONU. THOMAS L. DELWORTH, ANTHONY J. BROCCOLI, ANTHONY ROSATI, RONALD J. STOUFFER1, V. BALAJI, JOHN A. BEESLEY, WILLIAM F. COOKE, KEITH W. DIXON, JOHN DUNNE, K. A. DUNNE, JEFFREY W. DURACHTA, KIRSTEN L. FINDELL, PAUL GINOUX, ANAND GNANADESIKAN, C. T. GORDON, STEPHEN M. GRIFFIES, RICH GUDGEL, MATTHEW J. HARRISON, ISAAC M. HELD, RICHARD S. HEMLER, LARRY W. HOROWITZ, STEPHEN A. KLEIN, THOMAS R. KNUTSON, PAUL J. KUSHNER, AMY R. LANGENHORST, HYUN-CHUL LEE, SHIAN-JIANN LIN, JIAN LU, SERGEY L. MALYSHEV, P. C. D. MILLY, V. RAMASWAMY, JOELLEN RUSSELL, M. DANIEL SCHWARZKOPF, ELENA SHEVLIAKOVA, JOSEPH J. SIRUTIS, MICHAEL J. SPELMAN, WILLIAM F. STERN, MICHAEL WINTON, ANDREW T. WITTENBERG, BRUCE WYMAN, FANRONG ZENG, RONG ZHANG. GFDL s CM2 global coupled climate models Part 1: Formulation and simulation characteristics,