Climatologia - Climatology

Climatologia é o estudo científico do clima.

Climatologia (do grego κλίμα , klima , "lugar, zona"; e -λογία , -logia ) ou ciência do clima é o estudo científico do clima , definido cientificamente como a média das condições meteorológicas ao longo de um período de tempo. Este moderno campo de estudo é considerado um ramo das ciências atmosféricas e um subcampo da geografia física , que é uma das ciências da Terra . A climatologia agora inclui aspectos de oceanografia e biogeoquímica .

Os principais métodos empregados pelos climatologistas são a análise de observações e a modelagem das leis físicas que determinam o clima. Os principais tópicos de pesquisa são o estudo da variabilidade do clima , os mecanismos das mudanças climáticas e as mudanças climáticas modernas . O conhecimento básico do clima pode ser usado na previsão do tempo de curto prazo , por exemplo, sobre os ciclos climáticos como o El Niño-Oscilação Sul (ENSO), a oscilação Madden-Julian (MJO), a oscilação do Atlântico Norte (NAO), a oscilação do Ártico (AO), a oscilação decadal do Pacífico (PDO) e a Oscilação interdecadal do Pacífico (IPO).

Os modelos climáticos são usados ​​para uma variedade de propósitos, desde o estudo da dinâmica do tempo e do sistema climático até as projeções do clima futuro. O tempo é conhecido como a condição da atmosfera durante um período de tempo, enquanto o clima tem a ver com a condição atmosférica durante um período de tempo estendido a indefinido.

História

Os gregos começaram o estudo formal do clima; na verdade, a palavra clima é derivada da palavra grega klima, que significa "declive", referindo-se à inclinação ou inclinação do eixo da Terra. Provavelmente, o texto clássico mais influente sobre o clima foi On Airs, Water and Places, escrito por Hipócrates por volta de 400 AC . Este trabalho comentou sobre o efeito do clima na saúde humana e as diferenças culturais entre a Ásia e a Europa. Essa ideia de que o clima controla quais países se destacam dependendo de seu clima, ou determinismo climático , permaneceu influente ao longo da história. O cientista chinês Shen Kuo (1031–1095) inferiu que os climas mudaram naturalmente ao longo de um enorme período de tempo, depois de observar bambus petrificados encontrados no subsolo perto de Yanzhou (atual Yan'an , província de Shaanxi ), uma área de clima seco inadequada para o crescimento de bambu.

A invenção do termômetro e do barômetro durante a Revolução Científica permitiu a manutenção de registros sistemáticos, que começou já em 1640-1642 na Inglaterra . Os primeiros pesquisadores do clima incluem Edmund Halley , que publicou um mapa dos ventos alísios em 1686 após uma viagem ao hemisfério sul. Benjamin Franklin (1706–1790) primeiro mapeou o curso da Corrente do Golfo para uso no envio de correspondência dos Estados Unidos para a Europa . Francis Galton (1822–1911) inventou o termo anticiclone . Helmut Landsberg (1906–1985) promoveu o uso da análise estatística em climatologia, o que levou à sua evolução para uma ciência física.

No início do século 20, a climatologia concentrava-se principalmente na descrição dos climas regionais. Essa climatologia descritiva era principalmente uma ciência aplicada, dando aos fazendeiros e outras pessoas interessadas estatísticas sobre como era o clima normal e quão grandes eram as chances de eventos extremos. Para fazer isso, os climatologistas tiveram que definir um clima normal , ou uma média de clima e extremos climáticos durante um período de 30 anos.

Por volta da metade do século 20, muitas suposições em meteorologia e climatologia consideravam o clima aproximadamente constante. Embora os cientistas soubessem das mudanças climáticas anteriores, como as eras glaciais , o conceito de clima como imutável foi útil no desenvolvimento de uma teoria geral do que determina o clima. Isso começou a mudar nas décadas que se seguiram e, embora a história da ciência da mudança climática tenha começado mais cedo, a mudança climática apenas se tornou um dos principais tópicos de estudo para os climatologistas na década de 70 em diante.

Subcampos

Mapa da temperatura média ao longo de 30 anos. Os conjuntos de dados formados a partir da média de longo prazo dos parâmetros meteorológicos históricos são algumas vezes chamados de "climatologia".

Vários subcampos da climatologia estudam diferentes aspectos do clima. Existem diferentes categorizações dos campos da climatologia. A American Meteorological Society, por exemplo, identifica a climatologia descritiva, a climatologia científica e a climatologia aplicada como as três subcategorias da climatologia, uma categorização baseada na complexidade e no propósito da pesquisa. Os climatologistas aplicados aplicam sua experiência em diferentes setores, como manufatura e agricultura .

A paleoclimatologia busca reconstruir e compreender os climas passados ​​examinando registros como núcleos de gelo e anéis de árvores ( dendroclimatologia ). A paleotempestologia usa esses mesmos registros para ajudar a determinar a frequência dos furacões ao longo de milênios. A climatologia histórica é o estudo do clima relacionado à história humana e, portanto, concentra-se apenas nos últimos milhares de anos.

A climatologia da camada limite está preocupada com as trocas de água, energia e momento próximo à superfície. Outros subcampos identificados são climatologia física, climatologia dinâmica, climatologia tornado , climatologia regional, bioclimatologia e climatologia sinótica . O estudo do ciclo hidrológico em escalas de tempo longas é algumas vezes chamado de hidroclimatologia, em particular quando se estuda os efeitos das mudanças climáticas no ciclo da água.

Métodos

O estudo dos climas contemporâneos incorpora dados meteorológicos acumulados ao longo de muitos anos, como registros de precipitação, temperatura e composição atmosférica. O conhecimento da atmosfera e de sua dinâmica também está incorporado em modelos , sejam estatísticos ou matemáticos , que ajudam integrando diferentes observações e testando como elas se encaixam. A modelagem é usada para compreender climas passados, presentes e futuros em potencial.

A pesquisa climática é dificultada pela larga escala, longos períodos de tempo e processos complexos que governam o clima. O clima é governado por leis físicas que podem ser expressas como equações diferenciais . Essas equações são acopladas e não lineares, de modo que soluções aproximadas são obtidas usando métodos numéricos para criar modelos climáticos globais . O clima às vezes é modelado como um processo estocástico, mas isso é geralmente aceito como uma aproximação de processos que, de outra forma, são muito complicados de analisar.

Dados climáticos

A coleta de longo registro de variáveis ​​climáticas é essencial para o estudo do clima. A climatologia lida com os dados agregados que a meteorologia coletou. Os cientistas usam observações diretas e indiretas do clima, desde satélites de observação da Terra e instrumentação científica, como uma rede global de termômetros , até gelo pré - histórico extraído de geleiras . Como a tecnologia de medição muda com o tempo, os registros de dados não podem ser comparados diretamente. Como as cidades são geralmente mais quentes do que as áreas circundantes, a urbanização tornou necessário corrigir constantemente os dados para esse efeito de ilha de calor urbana .

Modelos

Os modelos climáticos usam métodos quantitativos para simular as interações da atmosfera, oceanos, superfície terrestre e gelo. 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 que chega como radiação eletromagnética de ondas curtas (incluindo visível) para a terra com a energia que sai como radiação eletromagnética de ondas longas (infravermelho) da terra. Qualquer desequilíbrio resulta em uma mudança na temperatura média da Terra. A maioria dos modelos climáticos inclui os efeitos radiativos dos gases de efeito estufa , como o dióxido de carbono . Esses modelos prevêem uma tendência ascendente nas temperaturas da superfície , bem como um aumento mais rápido da temperatura em latitudes mais altas.

Os modelos podem variar de relativamente simples a complexos:

  • Um modelo simples de transferência de calor radiante que trata a Terra como um único ponto e calcula a média da energia de saída
  • isso pode ser expandido verticalmente (modelos radiativos-convectivos) ou horizontalmente
  • Os modelos climáticos globais acoplados atmosfera-oceano- gelo marinho discretizam e resolvem as equações completas para transferência de massa e energia e troca radiante.
  • Os modelos de sistemas terrestres incluem ainda a biosfera.

Tópicos de pesquisa

Os tópicos estudados pelos climatologistas se enquadram em três categorias: variabilidade climática , mecanismos de mudança climática e mudança climática moderna .

Processos climatológicos

Vários fatores afetam o estado médio da atmosfera em um determinado local. Por exemplo, as latitudes médias terão um ciclo sazonal pronunciado de temperatura, enquanto as regiões tropicais apresentam pouca variação de temperatura ao longo do ano. Outro grande controle do clima é a continentalidade: a distância até os principais corpos d'água, como os oceanos . Os oceanos atuam como um fator moderador, de modo que as terras próximas a eles costumam ter invernos amenos e verões moderados. A atmosfera interage com outras esferas do sistema climático , com ventos gerando correntes oceânicas que transportam calor ao redor do globo.

Classificação climática

A classificação é um aspecto importante de muitas ciências como uma ferramenta de simplificação de processos complicados. Diferentes classificações climáticas foram desenvolvidas ao longo dos séculos, com as primeiras na Grécia Antiga . Como os climas são classificados depende de qual é a aplicação. Um produtor de energia eólica vai precisar de informações diferentes (vento) na classificação que alguém interessado em agricultura, para quem a precipitação e a temperatura são mais importantes. A classificação mais amplamente utilizada, a classificação climática de Köppen , foi desenvolvida no final do século XIX e é baseada na vegetação. Ele usa dados mensais de temperatura e precipitação .

Variabilidade climática

Impactos do El Niño

Existem diferentes modos de variabilidade: padrões recorrentes de temperatura ou outras variáveis ​​climáticas. Eles são quantificados com diferentes índices. Da mesma forma que o Dow Jones Industrial Average , que se baseia nos preços das ações de 30 empresas, é usado para representar as flutuações no mercado de ações como um todo, os índices climáticos são usados ​​para representar os elementos essenciais do clima. Os índices climáticos são geralmente concebidos com os objetivos gêmeos de simplicidade e integridade, e cada índice normalmente representa o status e o momento do fator climático que representa. Por sua própria natureza, os índices são simples e combinam muitos detalhes em uma descrição geral e generalizada da atmosfera ou oceano, que pode ser usada para caracterizar os fatores que impactam o sistema climático global.

El Niño – Oscilação Sul (ENSO) é um fenômeno acoplado oceano-atmosfera no Oceano Pacífico, responsável pela maior parte da variabilidade global da temperatura, e tem um ciclo entre dois e sete anos. A oscilação do Atlântico Norte é um modo de variabilidade contido principalmente na baixa atmosfera, a troposfera . A camada de atmosfera acima, a estratosfera, também é capaz de criar sua própria variabilidade, mais importante na oscilação Madden-Julian (MJO), que tem um ciclo de aproximadamente 30-60 dias. A oscilação interdecadal do Pacífico pode criar mudanças no Oceano Pacífico e na baixa atmosfera em escalas de tempo decadais.

Mudança climática

A mudança climática ocorre quando as mudanças no sistema climático da Terra resultam em novos padrões climáticos que permanecem no local por um longo período de tempo. Esse período de tempo pode ser tão curto quanto algumas décadas a milhões de anos. O sistema climático recebe quase toda a sua energia do sol. O sistema climático também libera energia para o espaço sideral . O equilíbrio da energia que entra e sai, e a passagem da energia pelo sistema climático, determina o orçamento de energia da Terra . Quando a energia que chega é maior do que a energia que sai, o orçamento de energia da Terra é positivo e o sistema climático está aquecendo. Se mais energia sai, o orçamento de energia é negativo e a terra experimenta o resfriamento. A mudança climática também influencia o nível médio do mar .

A mudança climática moderna é impulsionada pelas emissões humanas de gases de efeito estufa da queima de combustível fóssil, elevando as temperaturas médias globais da superfície . No entanto, o aumento das temperaturas é apenas um aspecto da mudança climática moderna, incluindo mudanças observadas na precipitação , rastros de tempestades e nebulosidade. As temperaturas mais altas estão provocando novas mudanças no sistema climático , como o derretimento generalizado das geleiras , o aumento do nível do mar e mudanças na flora e na fauna.

Diferenças com a meteorologia

Em contraste com a meteorologia , que se concentra em sistemas climáticos de curto prazo com duração de algumas semanas, a climatologia estuda a frequência e as tendências desses sistemas. Ele estuda a periodicidade dos eventos climáticos ao longo de anos a milênios, bem como as mudanças nos padrões climáticos médios de longo prazo, em relação às condições atmosféricas. Os climatologistas estudam tanto a natureza dos climas - local, regional ou global - quanto os fatores naturais ou induzidos pelo homem que fazem com que os climas mudem. A climatologia considera o passado e pode ajudar a prever mudanças climáticas futuras .

Fenômenos de interesse climatológico incluem a camada limite atmosférica , padrões de circulação , transferência de calor ( radiativa , convectiva e latente ), interações entre a atmosfera e os oceanos e a superfície terrestre (particularmente vegetação, uso da terra e topografia ) e a composição química e física de a atmosfera.

Use na previsão do tempo

Uma forma mais complicada de fazer uma previsão, a técnica analógica requer a lembrança de um evento meteorológico anterior que deverá ser imitado por um evento futuro. O que o torna uma técnica difícil de usar é que raramente existe um análogo perfeito para um evento no futuro. Alguns chamam esse tipo de reconhecimento de padrão de previsão, que continua a ser um método útil de observar a chuva em vazios de dados, como oceanos, com conhecimento de como as imagens de satélite se relacionam com as taxas de precipitação sobre a terra, bem como a previsão de quantidades e distribuição de precipitação no futuro. Uma variação desse tema é usada na previsão de médio alcance, conhecida como teleconexões , quando sistemas em outros locais são usados ​​para ajudar a definir a localização de um sistema dentro do regime circundante. Um método de usar teleconexões é usar índices climáticos, como fenômenos relacionados ao ENSO.

Veja também

Referências

Livros

  • Robinson, Peter J. Robinson; Henderson-Sellers, Ann (1999). Climatologia Contemporânea . Harlow, Inglaterra: Pearson Prentice Hall. ISBN 0582276314.
  • Rohli, Robert. V .; Vega, Anthony J. (2018). Climatology (quarta edição). Jones e Bartlett Learning. ISBN 9781284126563.
  • Rohli, Robert. V .; Vega, Anthony J. (2011). Climatology (segunda edição). Jones e Bartlett Learning.
  • Wang, Shih-Yu; Gillies, Robert R., eds. (2012). Climatologia moderna . Rijeka, Croácia: InTech. ISBN 978-953-51-0095-9.

Leitura adicional

  • Jenny Uglow , "What the Weather Is" (revisão de Sarah Dry, Waters of the World: The Story of the Scientists Who Unraveled the Mysteries of Our Oceans, Atmosphere, and Ice Sheets and Made the Planet Whole , University of Chicago Press, 2019 , 332 pp.), The New York Review of Books , vol. LXVI, não. 20 (19 de dezembro de 2019), pp. 56–58.

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