Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico

Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico Ola Persson e outros cientistas do MOSAiC montaram um instrumento científico no Oceano Ártico Central. Crédito: Daisy Dunne para o Carbon Brief

A maior expedição de pesquisa polar do mundo está em andamento no Ártico. A expedição de um ano, conhecida como Observatório Multidisciplinar de Deriva para o Estudo do Clima no Ártico (Mosaico), envolve 300 pesquisadores de 19 países. De um navio preso no gelo marinho, os cientistas estão fazendo medições que podem ajudar a transformar os modelos climáticos. Escritor de ciência do Carbon Brief Daisy Dunne ingressou na expedição nas primeiras seis semanas no outono de 2019. Este é o terceiro de quatro artigos focados na expedição MOSAiC.

Para navios navegando perto do Pólo Norte, poucos eventos apresentam riscos maiores do que uma tempestade no Ártico.

As tempestades do Ártico podem desencadear ventos extremamente altos, que agitam o oceano, causando ondas que incham vários metros. Isso não apenas torna a vida no mar insuportável para os marinheiros, mas também torna a navegação no Ártico - e em seus icebergs - mais desafiadora.

Ventos fortes também podem romper o gelo do mar, fazendo com que ele se separe e se mova em direções diferentes. Um crescente campo de pesquisa sugere que o impacto dos ventos tempestuosos no gelo do mar pode ser maior do que se pensava anteriormente - e potencialmente significativo para previsões de perda futura de gelo.

Também há evidências emergentes para sugerir que as tempestades no Ártico podem estar afetando o tempo longe dos pólos.

"A resposta curta é que há algum impacto nas latitudes médias dos ciclones do Ártico, mas não sabemos com que regularidade isso acontece", diz Dr Ola Persson, meteorologista polar da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA).

Persson é uma das 600 pessoas que participam do MOSAiC, a maior expedição de pesquisa do Ártico já realizada. (Resumo do Carbono juntou-se recentemente expedição nas primeiras seis semanas.)


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Como parte da expedição, Persson e seus colegas montaram uma série de instrumentos para medir diferentes aspectos das tempestades no Ártico - desde a velocidade dos ventos que eles trazem até a escala de seu impacto no gelo do mar.

A coleta de tais dados pode ajudar a responder perguntas importantes sobre tempestades no Ártico, como como elas podem afetar o gelo e as condições climáticas de longo prazo e como, se é que podem estar mudando em resposta às mudanças climáticas.

Retorcido

Tempestades no Ártico ”- também chamadas de ciclones árticos ou polares - são sistemas de baixa pressão que afetam o Oceano Ártico e suas massas terrestres próximas, incluindo Groenlândia, norte do Canadá e norte da Eurásia. Em uma tempestade no Ártico, o ar gira em sentido anti-horário.

A animação abaixo mostra o movimento das tempestades do Ártico na região polar norte em 2012 - um ano recorde para gelo marinho. Na animação, o movimento dos ventos na superfície é representado por pequenas setas coloridas de acordo com a velocidade.

O movimento das tempestades de verão no Ártico em 2012. Crédito: Estúdio de Visualização Científica NASA / Goddard Space Flight Center

Tempestades no Ártico podem se formar dentro e fora da região polar, diz Persson. “Alguns deles parecem se originar como ciclones vindos das latitudes mais baixas e se movendo para o Ártico. Outros ciclones do Ártico parecem se desenvolver na região do Ártico. ”

Tempestades que se originam no Ártico podem se formar quando há uma perturbação no "tropopausa”- a parte da atmosfera que atua como uma camada limite entre a troposfera e a estratosfera, diz Persson. "Esses distúrbios podem durar muito e, se as condições forem adequadas, parecem induzir um ciclone de baixo nível".

Em comparação com tempestades tropicais (conhecidas como tufões or furacões dependendo de onde eles são encontrados), tem havido muito pouca pesquisa sobre tempestades no Ártico, diz Persson.

Isso ocorre principalmente porque, em comparação com as tempestades de latitude média, os ciclones do Ártico afetam muito poucas pessoas. Contudo, rápido declínio do gelo marinho está facilitando a navegação no Ártico por períodos mais longos do ano. Isso, por sua vez, provocou uma benção em ambos comercial turista atividade no Ártico - tornando mais urgente a necessidade de entender as tempestades no Ártico.

Há também algumas evidências que sugerem que as mudanças climáticas podem estar tornando as tempestades no Ártico mais frequentes, diz Prof Jenny Hutchings, um cientista do MOSAiC e pesquisador da dinâmica do gelo marinho de Universidade do Estado de Oregon. "Parece haver um aumento na atividade de ciclones até o Ártico", ela diz à Carbon Brief.

No entanto, a falta de dados históricos sobre tempestades no Ártico dificulta o estabelecimento de uma tendência crescente, diz Persson:

“Há alguma sugestão de que os ciclones do Ártico possam ser mais frequentes agora, mas o problema é que não temos muitas medições anteriores. Talvez a frequência mais baixa anterior que observamos se deva ao fato de nossos modelos, ou nossas reconstruções do passado, não estarem completos o suficiente. ”

Outro aspecto das tempestades do Ártico que os cientistas ainda não tiveram uma visão clara é a sua estrutura física, diz Persson:

“Os ciclones do Ártico parecem ter uma estrutura diferente dos ciclones de latitude média. Houve alguns estudos nos últimos dois a quatro anos que sugeriram que eles tinham uma estrutura vertical que é mais semelhante a um furacão do que a uma tempestade de latitude média. "

Durante a expedição do MOSAiC, ele pretende reunir dados sobre a estrutura vertical das tempestades no Ártico. A expedição está centrada em torno do Polarstern, um quebra-gelo alemão que foi deliberadamente congelado no gelo do mar. A embarcação flutuará passivamente com o gelo enquanto se move para o norte ao longo do próximo ano.

Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico

Mapa mostrando a rota do Polarstern desde sua partida de Tromso em 20 de setembro de 2019 até cerca de 85 graus norte no Oceano Ártico Central, onde se ligou a um bloco de gelo em 6 de outubro de 2019 (vermelho). A flecha de palha ilustra a área que o navio pode flutuar em sua jornada de um ano, que terminará perto do Estreito de Fram. Crédito: Tom Prater para o Carbon Brief

Para estudar a estrutura das tempestades no Ártico, Persson e seus colegas precisarão esperar que eles passem pelo navio. Eles então coletam dados sobre as tempestades usando uma série de instrumentos, incluindo balões meteorológicos, que capturam mudanças na temperatura atmosférica, pressão, umidade e vento. Eles também usarão radares climáticos especializados, que usam ondas de rádio para detectar mudanças na precipitação e na velocidade do vento.

O conjunto de instrumentos fará medições em diferentes alturas na atmosfera durante uma tempestade. Ao reunir essas informações, os pesquisadores esperam aprender mais sobre a estrutura vertical da passagem das tempestades no Ártico.

Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico Juergen Graeser lança um balão meteorológico no convés do helicóptero de Polarstern. 22 de setembro de 2019. Crédito: Esther Horvath

Quebrar o gelo

Além de investigar a estrutura das tempestades no Ártico, os pesquisadores do MOSAiC também tentarão obter uma imagem de como eles podem impactar o gelo do mar. Persson diz:

"O que as pessoas têm notado nos últimos anos é que, quando temos um ciclone no Ártico realmente grande, o gelo do mar desaparece."

Um exemplo dramático disso ocorreu em 2012, quando o Ártico foi atingido por uma forte e lenta tempestade em agosto. O ciclone durou quase duas semanas, trazendo fortes chuvas e 30mph ventos.

Naquele ano, o gelo do Ártico atingiu seu nível mais baixo em registro. É possível que a tempestade tenha contribuído para a rápida desaceleração do gelo marinho.

Os cientistas levantaram a hipótese de que a tempestade aumentava a perda de gelo, fazendo com que o gelo se partisse, deixando-o mais vulnerável ao derretimento. Os ventos tempestuosos podem até empurrar o gelo para águas mais quentes, aumentando ainda mais o derretimento, dizem os pesquisadores.

No entanto, outros pesquisadores argumentaram que a tempestade só teve um papel menor no recorde.

A estude publicado em 2013 analisou o impacto da tempestade usando modelagem climática. Os pesquisadores realizaram dois conjuntos de simulações: uma espelhando as condições do Ártico em 2012 com a tempestade de agosto incluída e uma espelhando as condições de 2012 sem a tempestade.

A pesquisa descobriu que, nos dois conjuntos de simulações, o gelo do Ártico caiu para um novo recorde. No entanto, nas simulações, incluindo a tempestade, o recorde foi estabelecido cerca de 10 dias antes do que nas simulações sem a tempestade.

As descobertas sugerem que outros fatores foram mais importantes para as condições recorde de gelo observadas em 2012, disseram os pesquisadores. Por exemplo, naquele ano, as temperaturas do verão no Ártico eram mais quentes que a média e o bloco de gelo consistia em grande parte de "gelo do primeiro ano”- gelo jovem que é mais propenso a derreter.

Alterações na extensão do gelo marinho do Ártico com idade inferior a um ano (azul claro) para gelo com idade igual ou superior a quatro anos (azul escuro) ao longo do tempo. A extensão é exibida para a mesma semana (22 a 28 de outubro) de 1985 a 2019. Fonte de dados: Centro Nacional de Dados de Neve e Gelo. Gráfico por Carbon Brief usando Highcharts

Embora o estudo tenha ajudado a esclarecer o ciclone de 2012, o verdadeiro impacto das tempestades no Ártico no gelo do mar permanece amplamente desconhecido. "Vimos apenas uma grande tempestade" dito coautor do estudo Dr Ron Lindsay, A partir do Universidade de Washington em 2013. "Se queremos entender como as tempestades afetarão a cobertura de gelo no futuro, precisamos entender o efeito das tempestades em diferentes condições".

Um dos objetivos da pesquisa da expedição MOSAiC é estudar o impacto das tempestades do Ártico no gelo do mar por um ano inteiro, sob uma vasta gama de condições.

Em um raio de 50 km em torno do principal campo de gelo do MOSAiC, os cientistas instalado uma rede de estações de pesquisa flutuantes. Essas estações abrigam uma série de instrumentos que, para o próximo ano, farão medições quase contínuas das mudanças na atmosfera, gelo marinho e oceano.

Um desses instrumentos, um trenó gigante de metal Persson e seus colegas serão usados ​​para estudar as tempestades no Ártico. O trenó é coberto por várias peças de equipamento que medem mudanças na atmosfera.

O kit mais importante para monitorar as tempestades no Ártico é um "anemômetro sônico" - um instrumento que se projeta do lado do trenó que usa ondas sonoras para medir mudanças na velocidade e na direção do vento.

Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico Ola Persson e um colega conectam um anemômetro sônico a um instrumento científico no Oceano Ártico Central. Crédito: Daisy Dunne para o Carbon Brief

O trenó também possui um sistema GPS avançado, que permite aos pesquisadores rastrear a localização dos blocos de gelo em tempo real.

Usando esses instrumentos, os pesquisadores planejam monitorar a velocidade e a força dos ventos durante tempestades - e se esses ventos fazem com que o gelo do mar se separe e se mova em direções diferentes.

"Esperamos poder mapear a resposta do gelo durante um ciclone e ver se os ventos fortes provocados pelos ciclones causam a divergência do gelo", diz Hutchings.

A pesquisa é arriscada. Uma tempestade particularmente severa pode fazer com que o gelo do mar se divida em dois ou se separe completamente, fazendo com que os instrumentos dos pesquisadores caiam no oceano.

"Isso é algo interessante de ver, quais blocos de gelo sobrevivem no final - e quais não", diz Dr. Thomas Krumpen, pesquisador de gelo marinho da AWI e co-líder de cruzeiro a bordo do Akademik Fedorov.

Espera-se que as medidas tomadas até o final da expedição em setembro de 2020 possam lançar mais luz sobre o impacto das tempestades no Ártico na cobertura de gelo.

Tempestades em fuga

Uma razão pela qual os cientistas do MOSAiC desejam reunir dados sobre tempestades no Ártico é que algumas evidências sugerem que elas podem afetar as condições climáticas longe dos pólos.

Isso ocorre porque, sob certas condições, parece que o clima do Ártico pode escapar da região polar e atingir as latitudes médias, diz Persson.

Um exemplo disso ocorreu no início de 2019, quando partes dos EUA e do Canadá foram atingidas por um pressão fria extrema que enviou temperaturas caindo para -17C e abaixo.

Entendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico Um homem despeja um carro Chevrolet vermelho da neve do estacionamento pela manhã. Toronto Canadá. 29 de janeiro de 2019. Crédito: Torontoniano Foto / Alamy Stock Photo

Embora o a ciência ainda não está certa, parece que as tempestades do Ártico podem sair do Ártico e atingir as latitudes médias quando há um distúrbio no "vórtice polar estratosférico”- um sistema climático de baixa pressão que fica a cerca de 50 km acima do Ártico.

Quando perturbado, o vórtice polar pode se enfraquecer - permitindo que o tempo frio que ele contém geralmente se espalhe para as latitudes médias. "[Isso] traz muito ar fresco e gera muitas tempestades e queda de neve", diz Persson.

O diagrama abaixo demonstra como um vórtice polar enfraquecido pode permitir que o clima frio do Ártico escape do pólo norte.

Compreendendo os impactos das mudanças nas tempestades do Ártico A ciência por trás do vórtice polar. Crédito: NOAA

Embora as latitudes médias tenham experimentado vários períodos de frio notáveis ​​nos últimos anos, ainda não está claro se esses eventos estão se tornando mais prováveis, diz Persson.

Ao coletar dados sobre os movimentos das tempestades no Ártico ao longo do MOSAiC, ele espera entender melhor a frequência com que eles viajam para fora do Ártico. "A resposta curta é que há algum impacto nas latitudes médias dos ciclones do Ártico, mas não sabemos com que regularidade isso acontece".

Sobre o autor

Daisy Dunne foi uma das cinco jornalistas selecionadas para reportar sobre o MOSAiC. Seus custos, uma vez saindo de Tromso, foram cobertos pelo Instituto Alfred Wegener, que organizou a expedição.

Este artigo apareceu originalmente em Carbon Brief

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