2009 Ponto de Encontro07 de Maio 2009 no CIUL CENTRO DE INFORMAO URBANA DE LISBOA

A Variao Natural do Clima: uma Abordagem GlobalOrador: Joo Corte-Real (ASC_ICAAM da Universidade de vora)

SISTEMA CLIMTICO OU SISTEMA TERRA

IntroduoA atmosfera como componente do Sistema Climtico ou Sistema Terra Meteorologia

Complexidade da Atmosferaa) b) c) d) e)

No linear Mltiplas escalas Mecanismos de realimentao Teleconexes Irregular, turbulento ou catico. Sensibilidade s condies iniciais.

Processos Fundamentais1. 2. 3. 4. 5. 6. Adveco Atrito Conduo Conveco Transies de Fase da gua Radiao

A origem do movimento

Processos radiativos

Processos RadiativosReforo do Efeito de Estufa Natural Foramento Radiativo Sensibilidade Climtica

Alteraes ClimticasA Teoria do Aquecimento Global

O Antropoceno (Paul Crutzen)

Teleconexes

A Oscilao do Atlntico Norte (NAO)

O que a Oscilao do Atlntico Norte? Como influencia o Clima da Europa?A Oscilao do Atlntico Norte (NAO) , tal como o ENSO, uma teleconexo, identificada por Sir Gilbert Walker, nos anos vinte do sculo passado. Traduz-se por uma correlao negativa entre a presso atmosfrica na Islndia e nos Aores; dito de outra maneira: quando a presso atmosfrica tende a ser menor que a mdia na Islndia, tende a ser maior que a mdia nos Aores e viceversa;

Oscilao do Atlntico Norte (NO)

Estado da Atmosfera

Composio (concentraes; humidade especfica) Temperatura (T) Presso (p)

r r r Velocidade (V = V H + V V )Densidade ()

O TEMPOO Tempo (atmosfrico; weather) definido pelo estado instantneo da atmosfera.

Estado da AtmosferaObservaes: Superfcie: estaes meteorolgicas, EMAs Altitude: radiosondagens Deteco Remota: Satlite: geostacionrio; rbita polar Radar: Tempo e Perfilador Meteorologia Sinptica (escala sinptica) GRUAN (Observaes de referncia para Clima)

Enquadramento InternacionalOrganizao Meteorolgica Mundial (OMM) Conselho Internacional para a Cincia (ICSU) Painel Intergovernamental para as Alteraes Climticas (IPCC) Centro Europeu de Previso do Tempo a Mdio Prazo (ECMWF) Institutos de Meteorologia EUMETSAT

Meteorologia Sinptica

Tropical Storm Vince (09.10.2005)

200510110800UTC_MSG1_MSG_IR_PIBERica

Instituto de Meteorologia, imagem do RADAR de Coruche

PREVER O TEMPOQue prever o tempo? determinar os estados futuros da atmosfera, a partir de um estado inicial conhecido. isso possvel? Se sim, como?

PREVER O TEMPOPrever o tempo: sim, possvel. Porqu? Porque as variveis que definem o estado instantneo da atmosfera, esto ligadas entre si por equaes, que traduzem leis fundamentais da Fsica, e que exprimem princpios globais de conservao (momento linear, massa, energia, momento angular).

PREVER O TEMPOEstas equaes, que se designam por equaes de balano, so equaes de prognstico, i.e., so equaes da forma

X = Fi t i

Evoluo temporal da atmosferaEquaes primitivas:PrognsticoEquaes de balano da quantidade de movimento (eqs.do movimento) Equao de balano da massa (eq. continuidade) Equao de balano da energia (eq. termodinmica)

DiagnsticoEquao de estado (outras)

Sistema fechado, desde que

Equaes de Prognstico (atmosfera hmida)du 1 1 p uw uv = + ( fv ew ) + Fa + tg dt r r r cos dv 1 1 p vw u 2 = fu + Fa tg r dt r rr d = div V dt ou r d = div V dt

dw 1 p u2 v 2 = + eu + Faz g + + dt z r r

r dp & p div V = ( 1) Q dt

dq = (e c ) + D dt

( p = Ra T (1+ 0,61q ))

Como se prev o tempo?No presente, o tempo atmosfrico prev-se, resolvendo com o auxlio de computadores digitais, o sistema de equaes que resulta, por aplicao de mtodos numricos, da transformao das equaes que regem o comportamento da atmosfera em equaes discretizadas no espao e no tempo. Todos os dias, o Centro Europeu de Previso do Tempo a Mdio Prazo (ECMWF), produz previses para dez dias, escala global, com base num estado inicial observado, referente s 12h TUC, do primeiro dia.

Desde quando se fazem previses meteorolgicas?As previses meteorolgicas remontam aos finais do sculo XIX!. A qualidade das previses foi melhorando, medida que a compreenso dos mecanismos responsveis pelo tempo e suas alteraes, bem como das escalas envolvidas, foi aumentando, designadamente: i) a partir dos anos trinta, com Rossby e a escola de Chicago, a que pertenceram notveis cientistas da atmosfera; ii) dos anos 50 com o aparecimento dos computadores digitais; a primeira previso numrica do tempo com sucesso foi realizada na Universidade de Princeton, por von Neumann, Charney e Fjortoft.

Carta meteorolgica do ano de 1978Instituto Nacional de Meteorologia e Geofsica, Lisboa

Como se prev o tempo?O ECMWF, desenvolveu e aplica, outro mtodo de previso, conhecido como previso de Ensemble; o estado inicial Observado perturbado de modo a produzir vrios outros possveis estados iniciais; o modelo do ECMWF, actua sobre todos estes estados iniciais, produzindo uma famlia de estados futuros; a previso feita custa de todos os possveis estados futuros; trata-se de um mtodo de previso de qualidade superior queles que assentam num nico estado inicial. Os resultados da previso podem ser visualizados sob a forma de cartas de tempo, cartas sinpticas ou cartas meteorolgicas.

Os Grandes Mestres (alguns nomes)

Vilhelm Bjerkness

Lewis Fry Richardson

Carl-Gustaf Rossby

Jule Charney

Joseph Smagorinsky

Jacob Bjerkness

Edward Norton Lorenz

Jos Pinto Peixotoestudos sistemticos da circulao global na atmosfera, e em particular do ciclo global de gua na atmosfera.

CLIMA

Que o Clima?O conceito de clima, envolve a descrio estatstica das condies meteorolgicas (i.e. do tempo atmosfrico) durante um intervalo de tempo longo convencionalmente de 30 anos. Este tratamento estatstico permite obter um quadro geral das condies meteorolgicas tpicas numa dada regio do planeta, durante o perodo de tempo escolhido. O clima pois uma representao conceptual do comportamento estatstico da atmosfera, i.e. o clima no est l fora! O que est l fora i.e. o que experimentamos o Tempo. As grandezas que descrevem o Clima so os elementos de clima

Tempo e clima Crdito: Nuno Jorge 2005

Citando Mark Twain:

Climate is what we expect; weather is what we get.

Quais os tipos de clima que existem na Terra?

Existem descries simplificadas dos climas observados na Terra, que se baseiam em certos critrios seleccionados. Em geral, estes sistemas de classificao categorizam o clima de maneira a caracterizar o ambiente meteorolgico e hdrico de uma regio em termos da temperatura e da precipitao. Um dos mais importantes sistemas de classificao dos climas o sistema de Kppen, elaborado em 1918 por Vladimir Kppen da Universidade de Graz, ustria

As classes principais apresentam as seguintes caractersticas:

A - Clima tropical hmido: A temperatura mdia mensal em todos os meses do ano superior a 18C, no existindo uma estao de Inverno. B - Clima seco: A evaporao excede a precipitao durante a maior parte do ano C - Clima temperado com Inverno suave: Existe um Vero moderado ou quente e Inverno suave. A temperatura mdia do ms mais frio encontrase entre os 18C e os -3C. D - Clima temperado com Inverno rigoroso: Vero moderadamente quente e Inverno frio. A temperatura mdia do ms mais quente superior a 10 C, e a do ms mais frio inferior a -3C. E - Clima polar: Inverno e Vero extremamente frios. A temperatura mdia do ms mais quente inferior a 10C.

Que o Clima?O clima influenciado por diversos condicionantes, designados por factores de clima, que decorrem da complexidade das interaces entre os diferentes sistemas que compem o nosso Planeta, da radiao solar que nos atinge e aquece, da radiao infravermelha emitida pela prpria Terra para o espao, dos parmetros orbitais da Terra (excentricidade da rbita, inclinao do eixo de rotao da Terra e precesso do eixo), da latitude, altitude, da orografia, da distancia ao mar, do tipo de solo e do coberto vegetal.

Qualquer mudana significativa nas estatsticas que definem o clima, representa uma mudana climtica, uma variao do clima ou uma alterao do clima. Variao natural do clima. Podemos distinguir entre variaes livres e foradas do clima. A Teoria de Milankovitch (mecnica Newtoniana!) Variaes abruptas do clima e surpresas. Haver apenas um Clima?

O Clima no tem uma natureza constante; sabemos que no passado o clima da Terra esteve sujeito a diversas alteraes e que estas vo continuar a ocorrer no futuro, no apenas devido a causas naturais mas provavelmente tambm em consequncia da actividade humana (a designada Alterao do Clima de Origem Antropognica, ACC). Estas alteraes podem ter uma influncia profunda no ambiente, nos recursos disponveis e na vida humana.

Variabilidade Natural do ClimaCausas: Evoluo do Sol e transparncia do meio interplanetrio Composio qumica da atmosfera Tectnicas de Placas (deriva dos continentes, movimento dos plos, expanso do fundo ocenico) Diastrofismo (epirognese, orognese, compensao isosttica) Factores astronmicos Actividade Solar (manchas solares; variaes da constante solar) Caos

Variabilidade Recente do Clima

PERODOS DE VARIAO DE TEMPERATURAAQUECIMENTO: +0,37C ARREFECIMENTO:- 0,14C AQUECIMENTO: +0,32C DE 1915-1945 DE 1945-1978 DE 1978-1999 DE 1850- 1999

MDIA GLOBAL: + 0, 56 C

Marcel Leroux Evoluo das temperaturas mdias anuais globais_acima lat 30 N ONA. 19001995

Oscilaes Naturais dos Campos da Temperatura em PortugalTemperatura do ar

Temperatura mdia anual

Tmd (C)14 15 16 17 18

Tmd (C) 10 11 12 13 8 1895 9

1855 1865

1905

1875 1885 18951925 1915

MONTALEGRE

1905

LISBOA

1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 R = 35%

1935

1945

1955

LT = 0.8 C/100 anos

1965 R =3%

2

LT= 0.1 C/100 anos

1975

2

1985

Tmd (C) 14 1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 15 16 17 R = 11%2

Tmd (C)

181895 1905 1915 1925 1935

12

13

14

15

16

17

PORTO

VORALT = 0.8 C/100 anos

1945

1955

LT = 0.8 C/100 anos

1965

R = 19%

2

1975

1985

1995

vora

MESA (Temperatura)Periodogram/2pi Model Spectrum .600

Teste de Fisher: =0.0% 52

.500

.400

S( C^2)

.300

24 3

.200

.100

10

7

6

.000

.0

.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

f(ciclos.ano-1)*2

Temperatura mxima mdia anualMONTALEGRE17 16 Tmx (C) 15 14 13 12 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 LT = 0,5 C/100 anos R = 3% 20 Tmx (C)2

PORTO21 LT = 1,5 C/100 anos R = 37%2

19

18

17 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991

LISBOA24 y = 2.0 C /100 anos R = 47% 22Tmx (C)2

VORA24 y = 1.3 C/100 anos 23 22 21 20 19 R = 18%2

Tmx (C)

20

18 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001

18 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991

vora

MESA (Temperatura mxima)Periodogram/2pi Model Spectrum 1.60

Teste de Fisher: =0.0% 50

1.40

1.20

1.00

20

S( C^2)

.80

.60

.40

10

5

.20

.00

.0

.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

f(ciclos.ano-1)*2

MA (Temperatura mxima mdia sazonal) vora

VORA35 30PRI VER

STDOUT INV P-MM15

IQR75-25 1.1 2.1 1.7 1.9

25 20 15 10 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991

V-MM15 O-MM15 I-MM15

DJF MA M JJA SON

Tmx (C)

0.9 1.5 1.4 1.4

Modelos de Clima

Efeitos do aumento da temperatura mdia e da varincia nos valores extremos da temperatura

Que so Modelos?Um modelo uma representao mais ou menos elaborada da realidade. Um modelo matemtico um modelo, tratvel por computadores digitais. A investigao das Alteraes Climticas baseia-se nos resultados produzidos por MODELOS DE CLIMA.

Este sistema de equaes, completado por: condies iniciais e de fronteira, valores determinados de constantes fsicas, mtodos de anlise numrica (que permitem obter solues das equaes utilizando computadores digitais) e representaes de processos no resolvidos (parametrizaes) constituem um MODELO DE CLIMA.

Principais componentes de um Modelo de Clima

Exemplos: HadCM2 HadCM3 HadAM3H HadGEM ECHAM5 CCM ARPGE

O Painel Intergovernamental para as Alteraes Climticas (IPCC) estabeleceu quatro famlias de cenrios de emisses, cujas caractersticas esto descritas em pormenor no Special Report on Emission Scenarios (SRES); estas famlias foram designadas por A1, A2, B2 e B1; a famlia A1 a que descreve uma evoluo baseada na utilizao intensiva de combustveis fsseis; a famlia B1 assenta na introduo de tecnologias limpas e eficientes.

Projeco da variao do nmero de dias consecutivos com temperaturas mximas >25C cenrio A2 Projecto MICE

Projeco da variao do nmero de dias com precipitao intensa cenrio A2 Projecto MICE

Modelos Regionais de Clima (RCMs)Os AOGCMs fornecem projeces do clima futuro em escalas relativamente largas e no conseguem captar adequadamente os aspectos ou caractersticas regionais e locais, as quais so indispensveis em estudos de impactos. Alm disso, fenmenos extremos como temperaturas severas, ondas de calor, cheias repentinas, etc, no encontram uma representao suficientemente adequada nos AOGCMs, i.e. estes modelos no so capazes de descrever correctamente aquele tipo de fenmenos nem no que respeita a frequncias de ocorrncia nem no que se refere sua intensidade.

Estas dificuldades s podem ser resolvidas se as projeces globais forem completadas por detalhe regional; este pode ser dado utilizando modelos regionais de clima (RCMs). Exemplos: HadRM3H (descontinuado) HadRM3P ou PRECIS

As condies iniciais e de fronteira (dependentes do tempo) para RCMs so extradas de AOGCMs ou de AGCMs. A resoluo espacial tpica de um RCM ~ 50 km, contrastando com a de ~300 Km de um AOGCM, o que permite uma muito melhor representao de ilhas, montanhas, contrastes continente-oceano, nuvens, precipitao, etc

Mean

Stdev

Model SRES_A2a Model Reference

3,67

3,84

3,30

2,74

Mean Model SRES_A2a Model Reference

Stdev

97,43

15,29

59,00

14,69

42

41.5

41

40.5 3 2.85 40 2.7 2.55 39.5 2.4 2.25 2.1 39 1.95 1.8 38.5 1.65 1.5 1.35 38 1.2 1.05 37.5 0.9 0.75 0.6 37 0.45 0.3 -9.5 -9 -8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6

DSR Ratio A2a/Reference

INCERTEZAS NOS CENRIOS DO CLIMA FUTURO GERADOS POR MODELOSAs incertezas nas projeces de alteraes climticas produzidas por modelos, so consequncia do conhecimento muito imperfeito de trs factores: As emisses futuras de gases com efeito estufa; Variabilidade natural do clima; A forma como o sistema climtico opera. Em resultado nenhum modelo de clima, global ou regional, capaz de produzir projeces confiveis do clima futuro.

DIFICULDADES Tendncias de temperatura na troposfera tropical Tendncia da temperatura no rtico O Vero quente de 2003

ALL MODELS ARE WRONG. SOME ARE USEFULG. BOX

Universidade de vora Plo da Mitra, Valverde

Muito Obrigado! Joo Corte-Real jmcr@uevora.pt http://www.icam.uevora.pt