O SIGNIFICADO DO TERMO “AQUECIMENTO GLOBAL” E DE “MUDANÇAS CLIMÁTICAS” – COMO MEDIR A TEMPERATURA DO PLANETA.

Diante dos presentes debates entre aquecimentistas e negacionistas parece necessário lançar luz sobre alguns pontos para tornar o debate científico mais honesto. Talvez a melhor abordagem seja reiniciar a temática tratando de delinear exatamente o conteúdo científico de trás do termo “aquecimento global”. No presente texto, pretendo tratar esta definição e destacar como os cientistas calculam a temperatura do planeta.

Entender corretamente o termo “aquecimento global” parece ser a melhor estratégia para começar uma conversa científica construtiva. O termo aquecimento global refere-se especificamente ao aumento da temperatura média global. Historicamente, a primeira proposta de medição da temperatura media global veio do francês Jean Baptiste Joseph Fourier que em 1820 calculou que um objeto do tamanho da Terra e sua distância em relação ao Sol deveria consideravelmente ser mais frio do que se o planeta fosse aquecido exclusivamente por efeitos da radiação solar incidente. Após várias análises de diferentes fontes do calor ele publicou artigos entre 1824 e 1827 sugerindo que a radiação solar poderia ser responsável por uma grande parte do calor adicional na atmosfera terrestre e sobre a possibilidade de que a atmosfera da Terra agiria como um isolante térmico. Esta foi á primeira proposta referente ao efeito estufa (Fourier, 1824 e 1827 & Weart, 2008). O trabalho de Fourier foi simples; ele usou o princípio da equação de Stefan-Boltzmann (E=σ.T4 / onde E= emissividade) para calcular a entrada e saída de calor. Após incluir as variáveis de absorção pela superfície do planeta e a contribuição do efeito estufa ele chegou a uma temperatura média.

Em termos práticos, ele calculou que 1.367 W/m2 (Watts = Joules por segundo) era o fluxo de entrada de energia na Terra e que a saída deste calor em infravermelho deveria ser ter o mesmo valor, assim, a temperatura do planeta seria constante. Ao realizar seus cálculos ele obteve a temperatura média do planeta em torno de –19°C (ou 254°K) e notou que a temperatura não correspondia á realidade. Dois cenários poderiam estar acontecendo: ou pouco calor estava chegando a Terra, ou muito calor estava sendo emitido de volta ao espaço. Após estudar as variáveis de seus cálculos notou o papel dos gases da atmosfera como isolante térmico e considerou-os em seus novos cálculos, tendo no final a temperatura média do planeta em 16°C (ou 288°K). Fourier foi o primeiro a constatar o efeito estufa potencial agente importante na alteração da temperatura média do planeta. O primeiro modelo de temperatura media global, posteriormente passou por um refinamento, conforme os instrumentos de medição ficaram mais precisos.

O cálculo oficial demarca que a temperatura média da superfície da Terra é de 14°C; mas, como já foi observado, isso varia. Por exemplo, a temperatura mais alta já registrada na Terra foi de 70,7 °C (159 °F), que tirada no Lut Desert of Irã. Essas medidas faziam parte de um levantamento de temperatura global realizado por cientistas no Observatório da Terra da NASA durante os verões de 2003 a 2009. Enquanto isso, a temperatura mais fria já registrada na Terra foi medida na Estação Vostok Soviética no Planalto Antártico. Usando medições baseadas no solo, a temperatura atingiu uma baixa histórica de -89,2 °C (-129 °F) em 21 de julho de 1983. A análise dos dados do satélite indicava uma temperatura de cerca de -93,2°C.

De acordo com uma análise de temperatura contínua realizada por cientistas do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA (GISS), a temperatura média global na Terra aumentou em cerca de 0,82 °C (1,4 Fahrenheit) desde 1880. Dois terços do aquecimento ocorreram desde 1975, a uma taxa de aproximadamente 0,15-0,20 °C por década (Earth Observatory NASA, 2015).

Portanto, o aumento da temperatura média do planeta é chamado popularmente de “aquecimento global” ou “global warming”. Quando ocorre o aumento da temperatura média do planeta, uma série de consequências climatológicas decorrem, a isto se dá o nome de mudanças climáticas.

As mudanças climáticas podem ser variadas. É comum observar o público leigo em geral partir do senso-comum de que se o planeta passa por um episódio de aquecimento global, toma como resultado unicamente possível o aquecimento do planeta (ou pior, denunciam que as medições globais estão erradas e apenas representam variações locais, e então, quando uma onda de frio intensa assola suas respectivas cidades no inverno acusam que não há aquecimento global usando – contraditoriamente – o efeito local para descartar uma tese global). Ora, se eles aceitam que há apenas mudanças climáticas locais ou regionais não podem dizer que ondas intensas de frio no inverno descartam a tese de aquecimento global.

Com o desequilíbrio energético resultante do aquecimento do nosso planeta é porque mais de 90% do calor entra nos oceanos e leva a implicações bastante variadas. Além dos níveis mais altos do mar – em mais de 2,5 polegadas desde 1993 – as temperaturas globais da superfície do mar aumentaram desde 1970. As implicações para o clima são que em algumas regiões, fenômenos como a intensificação do inverno e nevasca podem ocorrer. Parece contraditório, mas não é.

As nevascas mais pesadas ocorrem com temperaturas superficiais de cerca de 28 °F a 32 °F (-2°C e 0°C)  ocorrem um pouco abaixo do ponto de congelamento. Claro, uma vez que fica muito acima do ponto de congelamento, a neve se transforma em chuva. Há um conjunto de condições chamadas de “Goldilocks” que quando combinadas resultam em uma tempestade de neve muito intensa. Essas condições estão se tornando mais prováveis ​​no meio do inverno por causa das mudanças climáticas. A física por trás desse fenômeno é regida por uma lei básica que nos diz que a quantidade máxima de umidade na atmosfera aumenta exponencialmente com a temperatura – ou seja, quanto mais quente a atmosfera, mais umidade o ar pode manter e, portanto, maior potencial de precipitação. Para a maioria das condições no nível do mar, há uma regra de ouro que diz que a atmosfera pode conter 4% mais de umidade por um grau de aumento de temperatura de Fahrenheit.

Em média, o ar acima dos oceanos é mais quente em cerca de um grau e úmido em 5% desde a década de 1970, devido ao aquecimento global. No Atlântico Norte, houve aquecimento adicional e as temperaturas do mar de superfície são superiores a 2 °F, acima de média de 1981-2010  em um território que se estende por mais de 1000 milhas da costa da América do Norte (The Conversation, 2015).

Um exemplo claro deste fenômeno ocorreu quando as temperaturas mais quentes no inverno de 2006 fizeram o Lago Erie (província canadense) não congelar pela primeira vez em sua história. Além disto, levou a um aumento das nevascas porque a maior evaporação do lago estava disponível para a precipitação (Scientific American).

Ligações entre alterações climáticas e condições meteorológicas extremas estão cada vez mais evidentes. A National Academy of Sciences divulgou um relatório denominado “Attribution of Extreme Weather Events in the Context of Climate Change“, que conclui que é possível descrever como as mudanças climáticas induzidas pelo homem alteraram a probabilidade e/ou intensidade de um evento climático extremo específico. Como regra geral, podemos fazer melhor com os eventos que são mais diretamente relacionados com a temperatura, desde então, a cadeia de causalidade do aquecimento global para o evento é mais curta e mais simples. Ainda é possível dizer muito pouco sobre a influência das alterações climáticas em tornados, porque os modelos ainda não têm resolução suficiente para simula-los e sua relação com a temperatura é indireta. Outros tipos de eventos, tais como inundações, secas e furacões estão em algum lugar no meio deste ponto incógnito.

As mudanças climáticas já são realidade e afetam diretamente as atividades humanas. Diferentes lugares respondem de maneira climaticamente diferente ao aumento da temperatura média. Nestes episódios, é possível que a intensificação de fenômenos climáticos induza a massas de ar frias intensas. Pode ocorrer o aumento da taxa de deposição de gelo em forma de neve devido ao aumento de vapor de água na atmosfera causado pelo aumento da temperatura média do planeta.

Em outras situações há intensificação do calor, levando a queimadas de florestas. A intensificação de geleiras aumenta o albedo, ou seja, a refletividade da luz solar. E situações onde há degelo, quando ocorre na plataforma continental, pode aumentar o nível do mar – o aumento o volume de água. O derretimento de gelo continental – formado por água doce – apresenta densidade e temperatura distinta a da água do mar. O encontro de grandes massas de água altera o padrão de correntes marinhas que em ultima instância determina grande parte da dinâmica climática global (PostDam Institute for Climate Impact Research). Portanto, é natural que diante um aumento da temperatura média do planeta haja intensificação de tufões e aumento de massas de gelo em certos pontos do planeta.

Nada disto indica um erro teórico sobre as mudanças climáticas; elas ocorrem justamente porque dinâmica do clima foi modificada diante da mudança nas variáveis que determinam o clima, que estão sendo alteradas: degelo, desmatamento, liberação de CO2 na atmosfera, crescente urbanização, alteração de correntes marinhas e suas respectivas temperaturas.

Notamos então que o clima é determinado por uma série elementos, que se relacionam direta ou indiretamente. Fourier teve dificuldade de calcular algumas delas em sua época, mas, atualmente há muito mais variáveis que entram na equação e que passam por um refinado monitoramento.

O clima é o conjunto de fenômenos associados às variações atmosféricas em um determinado local e tempo. Estas variações envolvem deslocamentos de massa de ar, pressão, umidade, dissipação de calor e é influenciada por diversos elementos: altitude, latitude, relevo, efeitos da continentalidade dentre tantos outros elementos. O conceito de temperatura refere-se a uma grandeza física diretamente relacionada ao estado de movimento ou agitação das partículas que compõem os corpos. O calor deve ser definido como a diferença de temperatura existente e é notória se comparamos dois corpos. Entende-se então como energia térmica em movimento, passando de um corpo a outro.

Outro fator que talvez obscureça a compreensão ou a confiança quanto á validade da tese é saber qual método é usado para mensurar a temperatura média do planeta.

Para obter uma dimensão completa da temperatura da Terra, os cientistas combinam uma série de medidas do ar acima da terra e a superfície do oceano coletada por navios, boias e satélites. A temperatura em cada estação terrestre e oceânica é medida constantemente e comparada diariamente com o que é “normal” para esse local e tempo, geralmente a média de longo prazo em um período de 30 anos. As diferenças são chamadas de “anomalias” e ajudam os cientistas a avaliar como a temperatura está mudando ao longo do tempo. Uma anomalia caracterizada como “positiva” indica que a temperatura está mais quente que a média a longo prazo; por conseguinte, uma anomalia “negativa” indica que ela está mais baixa que a média. As anomalias diárias são calculadas em média durante um mês inteiro.

Os cientistas usam quatro conjuntos de dados principais para estudar a temperatura média global. O Reino Unido usa o Met Office Hadley Center e a Universidade de East Anglia da Unidade de Pesquisa Climática produzem conjuntamente o HadCRUT4.

Nos EUA, a série GISTEMP vem através do Instituto Goddard NASA para Ciências Espaciais (GISS), enquanto a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) cria o registro MLOST. A Agência Meteorológica do Japão (JMA) produz um quarto do conjunto de dados.

Comparando as temperaturas globais dos quatro conjuntos de dados ao longo dos últimos 130 anos é possível notar que todos eles mostram uma tendência em direção ao aquecimento, mas também há diferenças de um ano para o outro.

Para realizar sua análise, o GISS usa dados publicamente disponíveis de 6.300 estações meteorológicas ao redor do mundo; Observações baseadas em navios e boias da temperatura da superfície do mar; e medidas da estação de pesquisa Antártica. Esses três conjuntos de dados são carregados em um programa de análise de computador – disponível para download público no site da GISS – que calcula tendências em anomalias de temperatura em relação à temperatura média do mesmo mês durante 1951-1980. Fonte: NASA Earth Observatory.

Os quatro conjuntos de dados, GISTEMP (linha vermelha acima) mostra o aquecimento mais rápido. JMA tende a rastrear um pouco mais baixo do que os outros (em roxo).

Vemos diferenças entre os conjuntos de dados devido a forma como os diferentes conjuntos de dados lidam com pouca ou nenhuma informação em partes remotas do mundo, erros de medição, mudanças na instrumentação ao longo do tempo e outros fatores que tornam a captura de temperatura global uma tarefa menos direta, mas ainda sim estimável.

A NASA/GISTEMP tem a cobertura mais abrangente, com medidas de mais de 99% do globo. Em contrapartida, a JMA cobre apenas 85% do globo, com dados particularmente limitados principalmente nos pólos, África e Ásia.

Outro elemento importante sobre neste ponto é entender como os conjuntos de dados lidam com dados perdidos. O GISTEMP da Nasa usa métodos estatísticos para preencher lacunas usando medidas circundantes. O quanto cada medida influencia o valor final depende de quão próximo ele esteja geograficamente ao ponto original. A NOAA segue um processo similar para o conjunto de dados do MLOST.

HadCRUT4 é o único conjunto onde há certa falta de dados em algumas regiões em vez de tentar preenchê-los. Isso pressupõe que as temperaturas estão de acordo com a média global.

Isso não seria um problema se o mundo estivesse se aquecendo à mesma taxa em todos os lugares. Mas os dados sugerem que o Ártico, por exemplo, está se aquecendo mais do que duas vezes mais rápido que a média global.

É razoável então que os dados faltantes do Ártico possam levar a uma temperatura global que seja menor que no mundo real. De fato, as atualizações de uma versão antiga da gravação de temperatura (HadCRUT3) incluem melhores dados do Ártico indicaram que as temperaturas do hemisfério norte subiram de 0,1 graus Celsius.

Acima: áreas brancas mostram lacunas no conjunto de dados HadCrut4. Abaixo: os dados reconstruídos mostram um aquecimento mais rápido no Ártico do que o resto do mundo. Fonte: Cowtan & Way (2013).

As lacunas de dados ainda existem, como mostram as áreas brancas no mapa acima. Um artigo de 2014 tentou corrigir os dados de satélite reconstruindo os buracos na gravação da temperatura da superfície. Ao fazê-lo, a superfície da Terra se esquentou duas vezes mais nos últimos 15 anos do que o HadCRUT4 sugere.

Depois de resolver as anomalias anuais de temperatura para cada estação terrestre ou oceânica, o próximo trabalho dos cientistas é dividir a terra em grandes quadros. Eles calculam a temperatura média para cada caixa, combinando dados de todas as estações disponíveis. Quanto menores as caixas de grade, melhor a qualidade do dado da temperatura média e certamente refletirá a temperatura real em qualquer ponto, levando a uma estimativa de temperatura global mais precisa.

Este é outro ponto em que os conjuntos de dados diferem. O registro GISTEMP da NASA é o mais detalhado dos quatro conjuntos de dados, com uma grade de quadro de dois graus de longitude por dois graus de latitude.

Os outros três grupos de pesquisa têm grades de quadros de cinco por cinco graus. Eles também diferem em quantas estações terrestres têm em todo o planeta: HadCRUT4 tem cerca de 5.500, GISTEMP ocupa o meio lugar com cerca de 6.300, mas o MLOST tem cerca de 7.000 estações terrestres.

Os quatro conjuntos de dados diferem de outras formas importantes, incluindo o período de tempo que cobrem. HadCrut4 se estende muito no tempo, chegando até o ano de 1850. GISTEMP e MLOST começam em 1880, enquanto a JMA começa um pouco mais tarde em 1891.

Pela combinação dos quadros os cientistas calculam temperaturas médias para os hemisférios do norte e do sul. O valor de cada quadro que contribui para a mensuração da temperatura global é ajustado para explicar o fato de que o grau de longitude é maior no equador do que nos polos. Juntos, os valores hemisféricos fornecem uma estimativa da temperatura média global.

Mas a mensuração não é tão simples quanto adicionar os dois números juntos. Para evitar que as melhores amostras do hemisfério norte dominem o registro de temperatura, os cientistas tomam a média dos dois valores hemisféricos.

Além de medir a temperatura na superfície terrestre, os satélites podem coletar dados dos 10 quilômetros inferiores da atmosfera terrestre, conhecida como a troposfera inferior. Ao contrário do registro da temperatura da superfície, as temperaturas troposféricas só começam no início da era dos satélites, em 1979. A temperatura inferior da troposfera é diferente daquela na superfície. A influência do fenômeno climático de El Niño é muito maior, por exemplo.

Mas os cientistas podem usar medições de troposfera mais baixas como uma evidência adicional de um clima em mudança. Vários grupos diferentes acompanham as temperaturas troposféricas e os quatro mostram uma tendência de aquecimento nos últimos 30 anos – ou seja, os dados terrestres e troposféricos se combinam e formando um perfil climatológico de aquecimento.

Apesar disso, às vezes é discutido em partes da mídia que o oposto é verdadeiro – que a troposfera está se aquecendo mais devagar que a superfície da Terra, mesmo um pouco esfriando. Isso decorre da pesquisa publicada em 1990 por John Christy e Roy Spencer da Universidade do Alabama.

Outros cientistas se dedicaram a investigar e encontraram erros nos métodos originais identificando a causa da divergência entre os dados que apontavam para um suposto resfriamento troposférico. As diferenças entre sensores nos satélites foram corrigidas e calibradas, tal como ocorre com os satélites que derivam ao longo do tempo. Uma vez corrigida, as diferenças entre as temperaturas troposféricas e superficiais indicam claramente uma tendência de aquecimento.

Cada um dos quatro conjuntos de dados globais – bem como as medidas de satélites – têm vantagens e desvantagens em virtude de suas diferentes abordagens ao tratar alguns dos principais problemas com a medição da temperatura da Terra. Todos os conjuntos de dados de superfície são atualizados a cada mês à medida que novos dados se tornam disponíveis e a compreensão das incertezas melhora. É através de uma combinação de todos os dados disponíveis que os cientistas conseguem obter uma estimativa robusta de como as temperaturas estão mudando.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Aquecimento global, Mudanças Climáticas, CO2, Joseph Fourier.

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Referências

Fourier J (1824). “Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires”. Annales de chimie et de physique [S.l.: s.n.] 27: 136–67.
Fourier J (1827). “Mémoire Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires”. Mémoires de l’Académie Royale des Sciences [S.l.: s.n.] 7: 569–604.
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