Modelos e projeções climáticas D6

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Os modelos climáticos são representações matemáticas do sistema climático que nos permitem simular sua evolução ao longo do tempo. Os modelos mais detalhados dividem a atmosfera e o oceano em uma grade espacial tridimensional de células e resolvem as equações físicas que descrevem seu comportamento dentro dessas células. Células vizinhas trocam massa, energia e momento, permitindo a representação combinada dos padrões de circulação atmosférica e oceânica em escala planetária.

Os modelos de circulação geral são uma das principais ferramentas para realizar essas simulações. Na atmosfera, eles resolvem as equações primitivas que expressam a conservação de massa, momento e energia, incorporando os efeitos da rotação da Terra, a relação entre pressão atmosférica, temperatura e densidade, e a conservação do vapor d'água. O componente atmosférico também é acoplado a modelos do oceano, gelo marinho e superfície terrestre, de modo que as mudanças em cada componente afetam os outros durante a simulação.

A resolução espacial típica desses modelos é da ordem de dezenas de quilômetros, tanto na atmosfera quanto no oceano, e eles utilizam inúmeros níveis verticais. No entanto, muitos processos importantes, como convecção, formação de nuvens, turbulência superficial e certas ondas atmosféricas, ocorrem em escalas menores que uma célula. Como não podem ser resolvidos explicitamente, seus efeitos são incorporados por meio de parametrizações: representações simplificadas que estimam sua influência média nas variáveis ​​calculadas pelo modelo.

Os modelos do sistema terrestre expandem essa representação incorporando processos biogeoquímicos e, em particular, um ciclo de carbono interativo. Nesses modelos, a concentração atmosférica de dióxido de carbono pode resultar do equilíbrio entre emissões e absorção pelos ecossistemas terrestres e pelo oceano. Isso permite a representação das interações entre o clima e o ciclo do carbono: para o mesmo nível de emissões, uma maior absorção terrestre ou oceânica leva a um menor acúmulo de CO₂ na atmosfera, enquanto as mudanças climáticas podem, por sua vez, modificar a capacidade desses reservatórios de capturá-lo.

Na extremidade menos complexa do espectro estão os modelos de balanço energético. Em vez de representar explicitamente uma grade tridimensional do planeta, eles descrevem a resposta climática usando um pequeno número de equações. Um exemplo é o modelo de duas caixas, que representa um componente de superfície e um componente de oceano profundo, entre os quais ocorre a troca de calor. Seus parâmetros nos permitem estudar como a temperatura responde a um determinado forçamento e distinguir entre a resposta transitória e a resposta de equilíbrio. Esses modelos nos permitem analisar as propriedades globais do sistema climático a um custo computacional muito menor do que uma simulação tridimensional.

Entre esses dois extremos estão os modelos de complexidade intermediária. Estes retêm parte da estrutura espacial do sistema climático, incluindo a distribuição geográfica dos continentes e oceanos, mas simplificam inúmeros processos que os modelos de circulação geral representam com maior detalhe. Eles também podem incorporar alguns ciclos biogeoquímicos, embora de forma menos abrangente do que os modelos do sistema terrestre.

Os modelos de balanço energético, os modelos de complexidade intermediária, os modelos de circulação geral e os modelos do sistema terrestre formam, portanto, um espectro contínuo de ferramentas. Em uma extremidade estão os modelos com poucas equações, que são rápidos e úteis para a compreensão dos mecanismos fundamentais e das respostas climáticas globais; na outra, os modelos tridimensionais que representam em detalhes as interações físicas e biogeoquímicas do planeta. A escolha depende do problema em estudo: um modelo simples pode ser suficiente para investigar mecanismos ou realizar inúmeras simulações, enquanto a análise detalhada de padrões regionais, interações entre componentes ou retroalimentações do ciclo do carbono requer modelos de maior complexidade física, espacial e computacional.

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