Acima do Oceano Atlântico, nuvens brancas e fofas percorrem o céu, fustigadas por ventos alísios invisíveis. Eles não são “particularmente grandes, impressionantes ou extensos”, diz Sandrine Bony, climatologista e diretora de pesquisa do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França. “Mas são as nuvens mais onipresentes da Terra”.

As nuvens são um dos maiores pontos de interrogação nos modelos climáticos globais e um coringa na previsão do que acontecerá com o clima à medida que as temperaturas subirem. Eles desempenham um papel vital na quantidade de radiação solar que chega e fica presa em nossa atmosfera. Quanto mais nuvens houver, mais radiação será refletida em seu topo e refletida de volta ao espaço; também significa que, se houver mais nuvens, a radiação refletida pela Terra fica presa. Historicamente, os pesquisadores têm se esforçado para entender as propriedades das nuvens, como elas se comportam atualmente e como reagirão ao aumento das temperaturas causado pelas mudanças climáticas.

Tudo se resume a uma questão de escala, explica o Dr. Bony. Das interações microscópicas dos átomos às correntes atmosféricas que atuam ao longo de milhares de quilômetros, muitas forças afetam a forma como as nuvens se formam, sua composição e comportamento.

As nuvens que lembram algodão no Atlântico, que Bony e seus colegas estudam, são um bom exemplo. “Uma pequena mudança em suas propriedades tem um impacto enorme no equilíbrio radiativo global (o equilíbrio entre a quantidade de energia do sol que chega à atmosfera da Terra e a quantidade que escapa)”, disse ela. Como essas nuvens de bom tempo (conhecidas como nuvens cumuliformes ) são tão comuns, uma pequena mudança tem um peso estatístico “enorme” no clima global.

“É a maior questão – não há grande questão”, disse o professor Bjorn Stevens, diretor do Instituto Max Planck de Meteorologia na Alemanha e co-líder do Dr. Bony no projeto EUREC4A , que buscou investigar essas nuvens brancas fofas. “Há 50 anos as pessoas fazem projeções climáticas, mas todas têm uma falsa representação de nuvens”. Essas projeções, diz ele, sofreram de uma compreensão inadequada dos fatores que determinam o quão nublado será o clima e não foram devidamente representadas nos modelos.

Experimento de campo

O projeto EUREC4A, que começou como um modesto experimento de campo para medir o movimento do ar e a nebulosidade, atraiu vários parceiros e expandiu seu escopo. No final, envolveu cinco aeronaves de pesquisa tripuladas e seis pilotadas remotamente, quatro navios de pesquisa oceânicos, uma flotilha de derivadores e planadores, uma série de satélites e medições do Observatório de Nuvem de Barbados .

“O experimento cresceu em complexidade e escopo para abordar uma série de outras questões fascinantes”, disse o Prof. Stevens, como a quantidade e a facilidade com que as nuvens chovem e como redemoinhos no oceano e nas nuvens afetam uns aos outros. A equipe está atualmente escrevendo seus resultados e espera que suas medições forneçam as respostas a essas perguntas. “Estaremos estabelecendo uma verdade fundamental para um novo conjunto de modelos climáticos”, disse ele.

Para o Dr. Bony, a próxima etapa vai além da compreensão das propriedades da nuvem e da área que cobrem.

“Agora, estamos descobrindo que não é só a área total, mas também a forma como as nuvens se distribuem e se organizam”, disse ela. Os padrões que eles formam também podem influenciar a maneira como bloqueiam ou absorvem a radiação, e essa informação pode ter implicações para o papel das nuvens nas mudanças climáticas.

O Dr. Jan Härter, especialista em complexidade atmosférica do Leibniz Center for Tropical Marine Research, da Jacobs University Bremen, Alemanha e do Niels Bohr Institute na Dinamarca , está investigando essa questão em seu projeto INTERACTION . “Muitos tipos de nuvens mostram características de organização, mas nuvens de tempestade (nos trópicos) mostram auto-organização”, disse ele. INTERACTION analisa como as tempestades se agrupam, usando simulação e também desenvolvendo modelos básicos para seu comportamento.

Auto-organização

As nuvens podem se organizar por vários motivos, como quando estão acima de uma área urbana que tende a ser mais quente que o campo por causa de todo o concreto e asfalto. A auto-organização ocorre quando as nuvens se formam e se agrupam, embora as condições abaixo e a luz do sol acima delas sejam uniformes.

Nuvens de tempestade, conhecidas como cúmulos- nimbos (que vem do latim cúmulos ‘amontoados’ e nimbus ‘tempestade’), são nuvens verticais altas que costumam trazer chuva. Essas nuvens são o tipo dominante de nuvem nos trópicos e também são essenciais para a compreensão do equilíbrio radiativo global. “Eles estão na latitude onde a maior parte do calor chega à Terra, e a radiação do sol é muito mais forte lá”, disse o Dr. Härter. Essas nuvens em forma de torre afetam a quantidade de luz solar que entra na atmosfera, o que tem implicações diretas no aquecimento.

“A questão é o quanto essas nuvens altas mudam no agrupamento quando, por exemplo, a temperatura muda”, disse ele. No entanto, como a maioria dos problemas que envolvem nuvens, essa é uma pergunta difícil de responder.

INTERACTION está abordando o assunto de duas perspectivas diferentes: uma é fazer simulações, que requerem uma grande quantidade de tempo de computação, e outra é desenvolver modelos de ‘brinquedo’ que explicam as interações fundamentais entre tempestade e nuvem.

“Os modelos Toy ‘são simulações muito básicas que falam sobre as interações fundamentais entre as nuvens de tempestade. Por exemplo, o Dr. Härter e seus colegas estão tentando entender como essas nuvens’ falam ‘umas com as outras e se auto-organizam quebrando esses complexos físicos interações em seus componentes básicos.

Quando há uma tempestade, a maior parte da chuva cai no chão, mas parte dela evapora no ar sob a nuvem. Este ar, tendo incorporado a umidade fria, torna-se uma ‘piscina fria “, explica Härter.” Essa evaporação é crucial na comunicação de sinais de uma nuvem para outra. “

Se houver centenas e milhares de nuvens em uma grande área, as poças frias abaixo delas se chocam, empurrando o ar para as partes mais frias da atmosfera e semeando novas nuvens de tempestade.

Um de seus modelos de ‘brinquedo’ retrata como essas piscinas frias interagem e este ciclo – de piscinas frias colidindo e gerando novas nuvens – pode durar por gerações (uma dura cerca de seis horas) de nuvens, codificando as memórias de nuvens passadas e tempestades no apresentar nuvem tópica. Os pools frios podem continuar a influenciar a geração de nuvens por semanas.

Esses modelos básicos são necessários, diz o Dr. Härter, a fim de remover algumas das incógnitas para simular o comportamento das nuvens, como a interação dessas piscinas frias. As simulações da equipe já incorporam parâmetros como velocidade do vento, umidade, temperatura e composição da nuvem, que são as diferentes proporções de água, gelo e uma mistura gelada chamada graupel.

Ecoando o Dr. Bony e o Prof. Stevens do EUREC4A, o Dr. Härter disse: “Não sabemos como funcionam as nuvens, especialmente essas nuvens de tempestade que ocorrem em escalas que são difíceis ou impossíveis de resolver com os modelos climáticos atuais.”

Simulação

Para levar em consideração a escala absoluta da nuvem e suas forças motrizes, uma simulação precisa teria que incluir variáveis ​​díspares, desde o movimento dos átomos e a energia que eles dissipam (nanômetros) até a rotação da Terra e ventos globais na escala de cerca de 10.000 km. “O melhor que podemos fazer por, digamos, uma semana de simulações é resolver (a escala de 100 metros) para uma área de um quilômetro por um quilômetro, ou mais”, disse ele. “E essa é uma grande simulação.”

O objetivo final do projeto é ter um modelo de organização em nuvem que capture as interações entre as nuvens de tempestades do passado e do presente e forneça essas informações à próxima geração de modelos climáticos. A próxima etapa é iniciar um trabalho de campo e inserir novas medições em seus modelos.

“Precisamos ter uma compreensão mais clara dos diferentes feedbacks do sistema de nuvem para fazer uma declaração forte sobre as mudanças climáticas aqui”, disse o Dr. Härter. “Os modelos têm diferentes maneiras de representar nuvens altas e baixas nuvens , e isso é algo que não pode ser resolvido sem dados mais perto de observação.”

E para nos prepararmos para um clima mais quente e prever como a camada de nuvens isolantes do mundo mudará, primeiro precisamos entender como ela funciona agora.