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Sim, o aquecimento global está mudando a forma como os furacões funcionam

Uma cena do furacão Ida de Bourg, Louisiana, em 29 de agosto de 2021. Os ventos e chuvas na área foram devastadores, marcando a terceira vez neste século, junto com o furacão Katrina em 2005 e o furacão Isaac em 2012, que um -dollar furacão atingiu o litoral da Louisiana. (MARK FELIX/AFP via Getty Images)

As leis da física não mudam. A Terra é.

Quando se trata de qualquer ciência física, sabemos que as regras fundamentais que regem o funcionamento do Universo permanecem constantes com o tempo. Sabemos que essas leis permitem que certos fenômenos surjam desde que sejam atendidas condições físicas específicas: a gravidade e os parâmetros orbitais determinam as marés, os ejetos solares e a conexão magnética entre a Terra e o Sol determinam as auroras, a interface entre a atmosfera ventosa da Terra e o águas quentes do oceano determinam a formação e as propriedades dos furacões. As especificidades de quaisquer condições que estejam em vigor a qualquer momento ajudam a determinar coisas – como frequência e intensidade – de qualquer fenômeno físico.

Em qualquer cenário realista, esperamos ver uma certa variação e variabilidade de evento a evento, ano a ano e década a década em termos do que acontece na Terra. Mas quaisquer mudanças sustentadas e de longo prazo que aconteçam em nosso planeta têm o potencial de afetar as tendências e condições gerais que afetam esses sistemas. Com a recente devastação causada pelo furacão Ida, particularmente em grande parte da mesma região que foi catastroficamente atingida pelo furacão Katrina em 2005, é hora de examinar apenas como funcionam os furacões , e por que não podemos mais ignorar os efeitos do aquecimento global como parte da conversa em torno deles.

Animação do furacão Ida, exibida em 29 de agosto de 2021, dia em que atingiu Los Angeles. Com ventos sustentados atingindo ~ 155 milhas por hora e rajadas atingindo pelo menos ~ 168 mph, é outro exemplo de um furacão de categoria 3, 4 ou 5 para atingir a terra firme nos últimos anos. As mudanças climáticas, muito provavelmente, aumentaram o número de furacões de categoria 3, 4 e 5 experimentados nas últimas décadas. (NOAA)

Aqui na Terra, entendemos o sistema físico de nossa atmosfera muito bem. Nós sabemos:

• quanta energia é incidente na atmosfera do Sol,
• quanto - em média e sob um determinado conjunto de condições - o calor atinge a superfície e quanto é refletido de volta ao espaço,
• quanto calor é retido e re-irradiado por vários pontos ao longo da superfície e pela cobertura de nuvens e a atmosfera em geral,
• como nosso planeta orbita o Sol e gira em seu eixo,
• como a atmosfera circula em função da latitude,
• e quais são as temperaturas da superfície do oceano em qualquer momento.

Por meio de instrumentos ao nível da superfície, atmosféricos e baseados no espaço, temos uma rede incrivelmente precisa que fornece cobertura global dessas e de muitas outras propriedades físicas da Terra.

Embora todo mês de junho a novembro marque a temporada de furacões no Atlântico, o pico dessa temporada normalmente ocorre de agosto a outubro: onde o número e a intensidade dos furacões são os mais frequentes. Dependendo de onde no mundo eles se formam, eles podem ser chamados de furacões, tufões ou ciclones, mas são todos o mesmo fenômeno, caindo sob o guarda-chuva de ciclones tropicais . Do ponto de vista físico, eles são quase idênticos.

Um mapa de onde se formam as tempestades tropicais e quais são os diferentes nomes (tufão, ciclone, furacão) que são dados às mais poderosas. Apesar das áreas de sombreamento das regiões laranjas, apenas dois ciclones tropicais já foram registrados dentro de ~300 milhas (~500 km) do equador; eles são normalmente encontrados em latitudes ligeiramente mais altas. (NOAA / NASA / SCIJINKS, VIA HTTP://SCIJINKS.JPL.NASA.GOV/HURRICANE/ )

Se você quiser fazer um ciclone tropical na Terra, existem alguns ingredientes que são absolutamente obrigatórios. Alguns deles são fáceis de encontrar, outros são um pouco mais raros. Especificamente, você precisa:

• águas oceânicas quentes e profundas, onde as temperaturas são de pelo menos 80 ° F / 27 ° C até uma profundidade de pelo menos ~ 50 metros / 150 pés,
• uma atmosfera com um gradiente de temperatura significativo, onde as altitudes mais altas são significativamente mais frias do que as temperaturas do nível da superfície/do mar,
• vento, que move o ar sobre o oceano principalmente na direção longitudinal (leste-oeste), mas que também exibe algum cisalhamento: necessário para causar rotação,
• e ar que tem uma quantidade significativa de umidade em altitudes altas (~ 5 km / 3 milhas).

Isso normalmente leva a furacões de verão/outono em ambos os hemisférios, em regiões tropicais (onde as águas são mais quentes), deslocadas a uma distância razoável do equador (onde a força de Coriolis pode levar à rotação), ao longo das costas continentais e cadeias de ilhas (próximo a águas suficientemente profundas) e apenas em condições favoráveis. Uma interrupção em qualquer uma dessas condições pode fazer com que uma depressão tropical desapareça, em vez de se transformar em uma tempestade sustentada e potencialmente perigosa.

As temperaturas oceânicas são quentes o suficiente nas regiões equatoriais, durante as estações certas, para formar ciclones tropicais. Onde quer que as temperaturas do oceano excedam aproximadamente 80 F (27 C), você tem o potencial de formar um ciclone tropical se as outras condições necessárias também forem atendidas. (TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DA TERRA DE BERKELEY (MELHOR) EQUIPE)

A história começa perto da superfície da Terra: onde a maior parte da luz solar incidente em nosso planeta finalmente é absorvida. A superfície da Terra – seja ao nível do mar ou em terra seca – é geralmente mais quente do que o ar diretamente acima dela ou o material sólido/líquido diretamente abaixo dela. Quando você aquece o oceano, leva muito tempo para o calor se propagar para as camadas inferiores, porque a água quente é menos densa e flutua sobre as águas mais frias abaixo dela. No oceano, as águas quentes da superfície ficam confinadas por longos períodos de tempo devido a um princípio físico simples que todos ouvimos uma vez ou outra: O calor aumenta .

Mas o calor também sobe na atmosfera, onde o ar quente da superfície sobe, ou mais precisamente, o ar mais denso e frio desce para deslocar o ar quente próximo à superfície. À medida que o ar frio desce e o ar quente sobe, o ar quente ascendente transporta vapor de água para a atmosfera. À medida que o ar quente esfria, o vapor de água dentro dele se condensa em gotículas líquidas: uma mudança de fase de gás para líquido. Assim como o ato de ferver a água (convertendo-a de líquido para gás) requer a entrada de calor, o ato de condensar água (convertendo-a de gás para líquido) causa a liberação de calor, que aquece ainda mais o ar circundante. Esse ar aquecido sobe ainda mais, permitindo que o ar quente e úmido que flui sobre o oceano continue a subir.

Em muito pouco tempo, você pode construir nuvens espessas e áreas amplas que alternam entre ar ascendente (quente) e ar descendente (frio).

A formação de um furacão depende do ar quente e úmido na superfície da água, ventos e mudanças de pressão. Se o calor do ar úmido for diminuído, os furacões encolhem, em vez de crescer, em força. Quanto mais quentes forem as temperaturas dos oceanos, mais forte e úmido deverá ser um furacão. (SCIJINKS DA NASA)

Sobre as regiões oceânicas de aproximadamente 10° a 30° de latitude, tanto ao norte quanto ao sul do equador, essas condições são todas ocasionalmente atendidas, simultaneamente. À medida que os ventos passam sobre a superfície da água, a água evapora, com a água evaporando mais rápido a cada grau acima do limite crítico de 27 °C/80 °F. O ar quente torna-se úmido, rico em vapor de água, e então começa a subir. À medida que esse ar quente sobe, tanto o ar quanto o vapor de água esfriam, condensando o vapor em nuvens e fazendo com que o ar restante aqueça (e suba) ainda mais. Como resultado, você obtém nuvens cumulonimbus espessas que se formam: nuvens de chuva.

Em condições que não formarão um ciclone tropical, este é o fim da linha. Mas quando as condições são favoráveis, esse ar quente ascendente faz com que os topos das nuvens aqueçam, o que posteriormente aumenta a pressão do ar. O ar tende a se mover de alta pressão para baixa pressão, e isso pode causar movimento lateral para longe do centro: para fora. Quando o ar não está mais acima de uma região quente e ascendente, ele pode cair novamente, criando uma área de nuvens maior e mais ampla. Se houver circulação também presente, isso pode levar à fiação. Essa rotação ajuda os ventos a aumentarem a velocidade, o que pode fazer com que esse ar ascendente e descendente, rico em umidade, gire cada vez mais rápido.

As células da nuvem, completas com ar ascendente e descendente, que circulam ao redor do olho. Isso mostra a anatomia de um furacão, bem como as camadas empilhadas de células que surgem dos processos físicos que impulsionam e sustentam um ciclone tropical. (LUGAR ESPACIAL DA NASA)

Esse ar rico em nuvens pode então se transformar em uma depressão tropical, uma tempestade de vento tropical e, eventualmente, com energia suficiente, um ciclone tropical completo. Os que atingem as costas do Atlântico e do Golfo das Américas são conhecidos como furacões.

Os furacões não são apenas desastres naturais extremamente poderosos, mas também são regularmente destrutivos. Furacão Ida, muito parecido Catarina de 2005 e Isaque de 2012 , é provavelmente um desastre de vários bilhões de dólares que veio junto com inundações, tempestades , e até mesmo causou uma reversão temporária no fluxo do rio Mississippi .

Não há dúvida de que a variabilidade natural desempenha um papel enorme na frequência e intensidade dos furacões que ocorrem em um determinado ano. Os padrões climáticos, a corrente de jato, as correntes oceânicas, a cobertura de nuvens, a presença ou ausência de aerossóis e muitas outras propriedades podem afetar quantas tempestades ocorrem e quão severas elas são – tanto em termos de força sobre a terra quanto de força sobre o oceano – a cada única vez. No entanto, há mudanças que fizemos no planeta, incluindo mudanças na temperatura média global, na quantidade de calor nos oceanos, na altura média do nível do mar e mudanças nas correntes de ar e água, entre outras, que têm a potencial para afetar os ciclones tropicais que se formam na Terra.

As previsões de vários modelos climáticos ao longo dos anos em que eles fizeram previsões (linhas coloridas) em comparação com a temperatura média global observada em comparação com a média de 1951-1980 (linha preta e grossa). Observe quão bem esses modelos se comportaram historicamente e quão bem as observações continuam a se ajustar aos dados. (Z. HAUSFATHER ET AL., GEOPHYS. RES. LETT., 47, 1 (2019))

De acordo com o último relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), há várias maneiras pelas quais as mudanças climáticas causadas pelo homem afetaram os furacões, bem como várias maneiras pelas quais esperamos que essas mudanças influenciem os furacões à medida que avançamos pelo restante do século. No entanto, nem todas as alegações são realmente apoiadas pelos dados, por isso vale a pena analisar e retirar o que a ciência diz claramente e por quê.

Já sabemos que os humanos aqueceram a Terra em algo entre 0,8 C (1,4 ° F) e 1,3 ° C (2,3 ° F) desde o final do século XIX. O fato de o nível do mar já ter subido nos diz que as inundações costeiras deveriam ter piorado com o tempo, e na verdade, tem . Na bacia noroeste do Oceano Pacífico, os ciclones tropicais vêm atingindo o pico de intensidade em latitudes progressivamente mais altas nos últimos anos: uma mudança que não pode ser explicada apenas com a variabilidade natural. Da mesma forma, a fração de ciclones tropicais que atingem pelo menos a intensidade da Categoria 3 (velocidade do vento de ~50 m/s ou mais) aumentou nas últimas quatro décadas, o que novamente não é consistente com as expectativas apenas da variabilidade natural.

Esses três efeitos – inundações costeiras, migração para longe do equador de tempestades de pico de intensidade no Pacífico e a fração de ciclones tropicais mais intensos – podem todos, com confiança média ou maior, ser atribuída diretamente ao aquecimento global.

As últimas quatro décadas de velocidades do vento (eixo x) versus a probabilidade de um ciclone tropical exceder essa velocidade do vento (eixo y), separadas pelos 20 anos anteriores (vermelho) e pelos 20 anos anteriores (azul). Como você pode ver, há fortes evidências de que mais desses eventos estão ocorrendo acima de um certo limite de velocidade do vento mais recentemente, de acordo com as expectativas de intensificação das tempestades. (J.P. KOSSIN, K.R. KNAPP, T.L. OLANDER & C.S. VELDEN, PNAS 2020 117 (22) 11975–11980)

No entanto, globalmente, furacões não se tornaram mais frequentes ; é realmente um pedaço de clima desinformação , ao lado de muitos outros , que estão sendo repetido por numerosos fontes . Nós realmente não começamos a monitorar todo o globo – incluindo os oceanos – em busca de furacões e outras tempestades tropicais até a década de 1970, o que significa que nossos registros anteriores estão lamentavelmente incompletos. Observou-se que o número de tempestades no Atlântico básico do furacão aumentou desde a década de 1970, mas isso não é atribuível ao aquecimento global. Em vez de, dois diferentes estudos mostram que aerossóis da atividade humana e forçantes vulcânicas levaram a esse pico recente.

De fato, espera-se que a frequência de tempestades tropicais no Atlântico diminua nas próximas décadas, à medida que simulações de modelo prevêem tempestades menos frequentes, mas mais intensas em todo o mundo durante o restante do século XXI. Prevemos totalmente que os ciclones tropicais aumentarão em intensidade média e máxima e trarão, em média, mais chuva com eles quando chegarem à terra firme. Os níveis de inundação costeira continuarão a aumentar também.

No entanto, não há evidências fortes e convincentes para indicar que os ciclones tropicais estão se tornando mais frequentes, que estão se intensificando mais rapidamente do que costumavam ou que os furacões são mais propensos a atingir a terra firme do que costumavam. Reivindicações em contrário não são suportados pelas evidências científicas atuais .

Ao longo do restante do século 21, espera-se que o índice de dissipação de energia para ciclones tropicais aumente com as temperaturas da superfície do mar (SSTs), conforme mostrado no gráfico superior. No entanto, se os SSTs forem dimensionados (gráfico inferior), nenhum outro efeito deve aparecer sobre ele. (AVALIAÇÃO DA EQUIPE DE TAREFA DA OMM/BOLETIM DA AMS)

A maior mudança que o aquecimento global traz consigo, no que diz respeito aos furacões e ciclones tropicais, é a que você mais esperaria: o fato de que as coisas agora estão mais quentes do que costumavam ser. Uma Terra mais quente significa oceanos mais quentes, o que significa regiões maiores do nosso planeta com temperaturas oceânicas iguais ou acima do limite de 27 °C/80 °F, inclusive em latitudes mais altas. A água mais quente ocupa mais volume, então os níveis do mar são mais altos e as inundações costeiras são mais comuns e intensas. O aquecimento contínuo significa que os locais oceânicos mais quentes excederão o limite de 80 ° F / 27 ° C em quantidades ainda maiores do que anteriormente. E esse aumento de temperatura impulsiona a quantidade de calor e vapor de água transportado para esses eventos de criação de ciclones tropicais.

Isso se traduz em mais chuvas associadas a essas tempestades, tempestades mais intensas e velocidades do vento , e inundações costeiras e danos mais conseqüentes como resultado: três das previsões mais confiantes sobre aquecimento global e furacões sair do último relatório do IPCC . À medida que as temperaturas da superfície do mar – o que os climatologistas chamam de SSTs – continuam a aumentar, elas impulsionarão o aumento da gravidade do vento, da chuva e das inundações dos ciclones tropicais espera-se que continue ao longo do século , onde a frequência de furacões de categoria 4 e 5 pode aumentar em ~30% ao longo dos dias atuais.

No mesmo período de tempo, mas dadas as condições atuais (topo) ou do final do século 21 (fundo), a diferença no número de ciclones tropicais intensos, atingindo condições de categoria 4 ou 5, é gritante. Com uma projeção climática razoavelmente otimista (RCP4.5), ainda veremos um aumento de aproximadamente 30% na frequência dos ciclones tropicais mais severos. (T. R. KNUTSON ET AL. (2015), JOURNAL OF CLIMATE V28, 18, 7203-7224)

Sempre que você tem um fenômeno natural que afeta a saúde e a segurança da população humana da Terra, é vital que o analisemos de maneira científica e escrupulosa. O fato de termos apenas dados globais de qualidade sobre ciclones tropicais que remontam às décadas de 1970 ou 1980 – e, no entanto, ainda podemos tirar conclusões modestamente confiantes – deve ajudar a impressionar todos nós como esses efeitos são significativos. Em termos de chuva, velocidade do vento e impacto nas áreas costeiras, o aquecimento global provavelmente já impactou as tempestades tropicais que vimos nos últimos anos e está prestes a piorar severamente seus efeitos no futuro. Temperaturas mais altas significam ar oceânico mais quente, e isso impulsiona a intensidade geral de furacões, ciclones e tufões.

No entanto, é incorreto afirmar que os ciclones tropicais estão se tornando mais frequentes. Não só isso não é suportado pelas evidências, mas as simulações de modelos continuam a prever que, à medida que as temperaturas globais continuam a subir, o número total de ciclones tropicais diminuirá. Embora se espere que a intensidade das tempestades típicas e extremas se torne mais severa, não deve haver tantas, no geral. Ainda há muito a aprender e muito que ainda precisa ser estudado, mas impedir que a Terra aqueça ainda mais ainda é a ação climática mais crítica que precisa ser tomada. Podemos chegar lá sem exagerar ou interpretar mal a verdade; a realidade já é dura o suficiente.

Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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