Esta ilustração de Benjamin Storer mostra sistemas climáticos oceânicos (redemoinhos de mesoescala) a partir de dados sobrepostos com correntes em escala climática impulsionadas pela atmosfera (linhas pretas), que podem ser extraídas com uma técnica de granulação grossa desenvolvida no laboratório de Hussein Aluie. A imagem revela como estes sistemas climáticos oceânicos são energizados (vermelho) ou enfraquecidos (azul) quando interagem com as escalas climáticas, o que segue um padrão que reflete a circulação atmosférica global. Crédito: Universidade de Rochester / Benjamin Storer
A equipe fornece uma nova estrutura para a compreensão do sistema climático, empregando análise mecânica em vez de análise estatística.
Um grupo internacional de cientistas descobriu a primeira evidência direta que liga sistemas meteorológicos aparentemente aleatórios no oceano com o clima à escala global. Liderada por Hussein Aluie, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Rochester e cientista do Laboratório de Energia Laser da Universidade, a equipe relatou suas descobertas em Avanços da Ciência.
O oceano tem padrões climáticos semelhantes aos que experimentamos em terra, mas em diferentes escalas de tempo e comprimento, diz o autor principal Benjamin Storer, pesquisador associado do Grupo de Turbulência e Fluxo Complexo de Aluie. Um padrão climático em terra pode durar alguns dias e ter cerca de 500 quilômetros de largura, enquanto os padrões climáticos oceânicos, como redemoinhos, duram de três a quatro semanas, mas têm cerca de um quinto do tamanho.
Vinculando os movimentos oceânicos ao clima
“Os cientistas especulam há muito tempo que estes movimentos omnipresentes e aparentemente aleatórios no oceano comunicam com as escalas climáticas, mas sempre foi vago porque não estava claro como desemaranhar este sistema complexo para medir as suas interações”, diz Aluie. “Desenvolvemos uma estrutura que pode fazer exatamente isso. O que descobrimos não foi o que as pessoas esperavam porque requer a mediação da atmosfera.”
O objetivo do grupo era entender como a energia passa pelos diferentes canais do oceano em todo o planeta. Eles usaram um método matemático desenvolvido por Aluie em 2019, que foi posteriormente implementado em um código avançado por Storer e Aluie, que lhes permitiu estudar a transferência de energia através de diferentes padrões que vão desde a circunferência do globo até 10 quilômetros. Estas técnicas foram então aplicadas a conjuntos de dados oceânicos a partir de um modelo climático avançado e de observações de satélite.
Descobertas e implicações
O estudo revelou que os sistemas climáticos oceânicos são energizados e enfraquecidos quando interagem com as escalas climáticas e num padrão que reflete a circulação atmosférica global. Os investigadores também descobriram que uma faixa atmosférica perto do equador chamada “zona de convergência intertropical”, que produz 30% da precipitação global, provoca uma intensa transferência de energia e produz turbulência oceânica.
Storer e Aluie dizem que estudar esse movimento complexo de fluidos que ocorre em múltiplas escalas não é fácil, mas tem vantagens em relação às tentativas anteriores de vincular o clima às mudanças climáticas. Eles acreditam que o trabalho da equipa cria uma estrutura promissora para uma melhor compreensão do sistema climático.
“Há muito interesse em saber como o aquecimento global e as alterações climáticas estão a influenciar os fenómenos meteorológicos extremos”, afirma Aluie. “Normalmente, esses esforços de pesquisa baseiam-se em análises estatísticas que requerem dados abrangentes para ter confiança nas incertezas. Estamos adotando uma abordagem diferente baseada na análise mecanicista, que alivia alguns desses requisitos e nos permite compreender causa e efeito com mais facilidade.”
A equipe que desempenhou um papel central na investigação também incluiu Michele Buzzicotti, pesquisadora da Universidade de Roma Tor Vergata; Hemant Khatri, pesquisador associado da Universidade de Liverpool, e Stephen Griffies, cientista sênior de Princeton.
O apoio ao projeto incluiu financiamento da National Science Foundation, da National Aeronautics and Space Administration e do Departamento de Energia.
