As NUVENS e os modelos do IPCC

As nuvens continuam sendo uma das áreas de maior incerteza nos modelos climáticos. As nuvens aprisionam o calor radiante da Terra, causando o aquecimento. As nuvens refletem a luz solar impedindo-o de atingir a Terra, causando resfriamento. As nuvens também  transportem o calor da superfície da Terra até o topo da troposfera, fazendo com que a superfície se resfrie.

O relatório do IPCC AR4 (2007) GT1 Capítulo 8 revisou as avaliaçoes dos modelos climáticos (visão histórica no Capítulo 1)

Do capítulo 1 ([ http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter1.pdf ]):

*  “A amplitude e até mesmo o sinal de feedbacks da nuvem foi observada no TAR como altamente incerta, e esta incerteza foi citada como um dos principais fatores que explicam a disseminação em simulações do clima futuro para um cenário de emissões determinado.  Isso não pode ser considerado uma surpresa: que a sensibilidade do clima da Terra para mudar as concentrações de gases com efeito  estufa atmosférica deve depender fortemente em feedbacks da nuvem e  pode ser ilustrado nas simples fundamentos teóricos, utilizando os dados que estão disponíveis por um longo tempo.  ” Medições feitas por satélite na verdade fornecem estimativas significativas de radiação do orçamento da Terra desde o início dos anos 1970 (Vonder Haar e Suomi, 1971). nuvens, que cobrem cerca de 60% da superfície da Terra o são responsáveis por até dois terços do albedo planetário, que é cerca de 30%. A diminuição do albedo de apenas 1%, trazendo para a Terra um albedo de 30% para 29%, causaria um aumento no corpo radiativo um equilíbrio da temperatura negra, de aproximadamente 1 ° C, um importante valor, mais ou menos equivalente ao efeito radiativo direto de uma duplicação da concentração de CO2 na atmosfera. ”

*  “O forte efeito de processos das nuvens no modelo de sensibilidade do clima aos gases de efeito estufa foi enfatizada agora ainda mais através de um clássico jogo  de modelo de circulação geral (GCM) com  experimentos realizados por Senior e Mitchell (1993). Eles produziram mudanças da temperatura global média da superfície ( devido ao dobramento da concentração atmosférica de CO2) variando de 1,9 ° C a 5,4 ° C, simplesmente alterando a maneira que a  propriedades radiativas das nuvens foram tratados no modelo. É algo inquietante que os resultados de um modelo climático complexo pode ser drasticamente alterado por substituição de uma parametrização de nuvens razoável para outra, assim, cerca de replicar o intermodal escala global de sensibilidades. ”

Do capítulo 8 [ http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter8.pdf ] (não mudou muito desde a história do Capítulo 1):

*  “A disseminação das estimativas de sensibilidade climática entre os modelos atuais decorre sobretudo das diferenças entre modelo e feedbacks das nuvens  … feedbacks das nuvens ainda é a maior fonte de incerteza nas estimativas de sensibilidade climática.”

* “A differença nos modelos do feedbacks das nuvens  é substancial em todas as latitudes, e tende a ser maior nos trópicos”

*”Pressupostos da modelagem de controlar a fase de água da nuvem (gelo, líquido ou mistas) são conhecidos por serem críticos para a previsão de sensibilidade climática. Contudo, a avaliação dessas hipóteses é apenas o começo.”

* “Embora os erros na simulação dos diferentes tipos de nuvens podem, eventualmente, compensá-los e levar a uma previsão média de IRC de acordo com as observações, lançaram dúvidas sobre a confiabilidade do modelo dos  feedbacks das nuvens”.

*”Conclusão sobre feedbacks das nuvem: Apesar de ter alguns avanços na compreensão dos processos físicos que controlam a resposta de nuvens à mudança climática e na avaliação de alguns componentes dos feedbacks das nuvens nos modelos atuais, não é ainda possível avaliar qual das estimativas do modelo de feedback da nuvem é o mais confiável. ”

As nuvens provocam o aquecimento adicional (feedback positivo) … nuvens causam resfriamento (feedback negativo) … mas eles não têm idéia quem domina.  As citações acima são do IPCC AR4 relatório de 2007 que os serristas  usam para justificar grandes mudanças para a economia do mundo por meio de limitação e comércio de licenças de CO2.

A importância das nuvens na temperatura global: as nuvens cobrem aproximadamente 65% do globo (média anual) e fornecem refrigeração líquida de 30 W/m2 (comparado com o efeito estufa aquecimento antropogênico líquido de 1,6 W.m2) [ http://cdsweb .cern.ch/record/1181073 / ]

Os modelos climáticos têm problemas com as nuvens.  “Comparação de modelos com forçantes antropogênicas  e as alterações observadas em DTR [faixa de temperatura diurna] nos últimos 50 anos mostram muito menos redução de DTR nas simulações  devido ao maior aquecimento das temperaturas máximas nos modelos que as observadas. Esta diferença é provavelmente atribuída ao aumento na cobertura de nuvens que foram observadss no mesmo período e estão ausentes nas simulações do modelo. “[ http://www.agu.org/journals/ABS/2004/2004GL019998.shtml ]

Um estudo que analisa os modelos climaticos com feedbacks  (Zhang, do Instituto de terrestre e atmosfera planetária, “Feedback-Clima Cloud: How Much Do We Know?”, 2003): “Pode-se concluir que ainda estamos longe de confiança simulando modelos de nuvens e seus feedbacks no clima. “[ ftp://128.95.176.42/pub/breth/CPT/zhang_cloud-feedback-04.pdf ]

A Royal Society publicou um “resumo da ciência”, em Setembro de 2010 [ http://royalsociety.org/climate-change-summary-of-science/ ] que afirma: “projeções de mudanças climáticas são sensíveis aos detalhes da representação de nuvens em modelos. … o entendimento científico atual deste efeito é pobre. ”

Nuvens resultam em aquecimento ou resfriamento no local, dependendo da quantidade de radiação solar disponível (ou seja, noite/dia e verão/inverno) e do tipo de nuvem.  Quando a radiação solar está ausente ou reduzida (noite / inverno), as nuvens resultam em temperaturas mais quentes, quando a radiação solar é elevada (dia / verão), as nuvens resultam em temperaturas mais baixas. Globalmente, o efeito é baseado em quando e onde as nuvens estão. “No  longo periodo as nuvens geralmente reduzem a emissão de radiação para o espaço e, portanto, resultam em um aquecimento do planeta. Enquanto no solar (ou ondas curtas), as nuvens reduzem a radiação solar absorvida, devido a um maior albedo geral do que a superfície subjacente e, portanto, resulta em um resfriamento do planeta. “[ http://cimss.ssec.wisc.edu / wxwise / homerbe.html ]

Muitos estudos têm mostrado que as nuvens em escala global fornecem um feedback negativo.

Richard Lindzen (MIT Ciências Atmosféricas Professor) afirma: “há um muito mais fundamental e inequívocavel  seleção  do papel dos feedbacks no aumento do efeito estufa, que também mostra que todos os modelos são muito exagerandos na sensibilidade climática. Aqui, deve-se notar que o efeito estufa funciona através da inibição de arrefecimento do clima, reduzindo a saida netta da radiação. No entanto, a contribuição do aumento de CO2 por si só não leva a muito aquecimento  (cerca de 1 C. graus  para cada duplicação do CO2). A maior  previsõe  dos modelos climáticos são devido ao fato de que sem estes modelos, os mais  importantes efeitos  estufas como vapor de água e nuvens, agem no sentido de ampliar enormemente o CO2. Isto é referido como um feedback positivo.  Isso significa que os aumentos na temperatura da superfície são acompanhados por reduções na saída de radiação netta – aumentando assim o efeito estufa. … Observações de satélite do budget  da radiação da Terra nos permitem determinar se essa redução, de fato, acompanha os aumentos na temperatura de superfície na natureza. Como se vê, os dados satélitares do instrumento ERBE (Barkstrom, 1984, Wong et al, 2006) mostra que o feedback na natureza é fortemente negativo – reduzindo fortemente o efeito directo do CO2 (Lindzen e Choi, 2009), em profundo contraste com o comportamento do modelo. “[ http://www.quadrant.org.au/blogs/doomed-planet/2009/07/resisting-climate-hysteria ]

David Mansbach e Joel Norris (Scripps Institute of Oceanography) relatarom no Journal of Climate em 2006 com o titulo “Baixo nível de variabilidade de nuvens sobre o frio  equatorial em observações e modelos”: ” As nuvens de baixo nível combinam um efeito estufa pequeno com um alto albedo geral e, assim, contribui significativamente para o arrefecimento netto no papel global das nuvens no clima da Terra (Ramanathan et al. 1989). Atualmente, a falta de resolução e a adequadação nas  parametrizações físicas e numericas em larga escala, proibem uma previsão  numéricas de larga escala  confiável do feedback climáticos  das nuvem (por exemplo, Stephens 2005; Bony e Dufresne, 2005). … . Investigações anteriores demonstrarom que a atmosfera e a acoplada oceano-atmosfera nos modelos de circulação geral produzem simulações realistas de nebulosidade de baixo nível sobre o Pacífico tropical oriental, que contribuem para ter grande preconceitos no estado do clima … nota-se que  relações inversas observadas entre a TSM e a advecção de SST e entre a nuvem e a advecção SST implica a existência de um feedback negativo sobre aa nuvens e sobre o proximo front-equatorial TSM  …  A representação incorreta da realimentação nos modelos acoplados  oceano / atmosfera,  pode ser um fator que contribui para o desenvolvimento de tendências do TSM de linguas de frio equatorial. “[ http://meteora.ucsd.edu/ ~ dmansbac / mansbachnorris.pdf ]

K. Roy Spencer e William Braswell (Earth System Science Center da Universidade do Alabama) relatam problemas com modelos de feedbacks no Journal of Climate de 2008 “Eventuais distorções no diagnóstico de comentários de observação de dados: um modelo simples de demonstração”: “Para o modelo funcionar produzindo uma anomalia no fluxo de ondas curtas mensais  e as anomalias das temperaturas estatísticas semelhantes a àqueles medidos por satélites, os feedbacks positivos diagnosticados têm preconceitos em geral na faixa de -0,3 a -0,8 W / m2 / K. Estes resultados sugerem que a observação de diagnósticos atuais de feedback de nuvem e, possivelmente, outras reacções poderiam ser significativamente tendenciosas no sentido positivo. “[ http://www.drroyspencer.com/Spencer-and-Braswell-08.pdf ]

“Este componente crítico na teoria do aquecimento global – nuvem feedback – é impossível medir diretamente no sistema climático real”, disse Spencer.  “Nós não descobrimos ainda uma boa maneira de separar causa e efeito, por isso não podemos medir diretamente o feedback da nuvem.  E se não sabemos  que  feedbacks são, estamos apenas tentando adivinhar quanto impacto terão os seres humanos  nas alterações climáticas. “[ http://www.drroyspencer.com/2009/12/cloud-feedback-presentation-for -fall-2009-AGU reunião / ]

Spencer e Braswell aprofundam os temas dos feedbacks:  “As tentativas anteriores para diagnosticar feedback radiativo no sistema climático da covariações entre o fluxo de radiação TOA e temperatura renderam geralmente baixas correlações e uma grande variedade de estimativas de feedback.  As evidências aqui apresentadas (de satélite, o simple forcing – modelo de feedback e de modelos climáticos acoplados) sugerem que a fonte dominante desta decorrelação é a presença de tempo – que variações  radiativas geram forçantes  internas ao sistema climático [“. http:/ / http://www.drroyspencer.com/wp-content/uploads/Spencer-Braswell-JGR-2010.pdf ]

Uma pesquisa  de 2005 (Graeme Stephens, “Feedbacks das nuvens  no sistema de clima: uma revisão crítica”, Journal of Climate, Vol.18, 2005 [ http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JCLI-3243.1 ] ) afirma: “Diferentes hipóteses sobre o sistema produzem conclusões muito diferentes sobre a magnitude e sinal de feedbacks.  Muito mais diretrizes sao necessarias   em termos de definição do sistema para justificar hipóteses. Em princípio, não há qualquer fundamentação teórica para justificar o sistema que define os feedbacks em termos de tempo globale, significa mudanças na temperatura da superfície global, e não  existe qualquer evidência empírica convincente para isso. … As previsões do aquecimento global forçado por GCMs  com os aumentos previstos de CO2 na atmosfera são incertos, e a faixa de incerteza, aparentemente, não mudou muito a partir das estimativas iniciais dadas décadas atrás. Os efeitos das possíveis alterações na nebulosidade como fator-chave para o problema das alterações climáticas tem sido reconhecido pelo menos desde a década de 1970.  Este ponto também é reiterado na fig. 1 Mostrando o intervalo de estimativas de aquecimento da superfície de uma série de modelos que participaram do modelo acoplado Intercomparação Project (CMIP) ”

A figura a seguir  (Fig. 1)  a partir do papel,  mostrando  os montantes de nuvens sobre as regiões globais. Os modelos climáticos com sensibilidade resultam em reduções de CO2 de alta das nuvens, enquanto os modelos com baixa sensibilidade têm aumentado nuvens.  Isso implica tanto feedback negativo (redução da sensibilidade), ou simplesmente problemas com os modelos, uma vez que eles dependem do aumento de  vapor de água  para alcançar um feedback positivo e de alguma forma que o vapor de água resulta na redução da cobertura de nuvens.

Um documento de 2010 por Graeme Stephens (Há uma falta  no Feedback das baixas nuvens  em modelos atuais do clima?) Afirma: “O resultado netto dessas tendências é que a profundidade ótica das nuvens baixas no GCMs é mais um fator de dois maior que a observada, resultando em albedos de nuvens que são demasiados elevados. … A implicação desse viés de profundidade optica que deve sua origem a vieses, tanto no LWP e tamanhos de partículas, é que a radiação solar refletida por nuvens baixas é significativamente maior em comparação com modelos de nuvens reais.  Esse viés de luz solar refletida tem implicações significativas para o problema no clima do feedback de nuvem.  A conseqüência é que esse viés artificialmente suprimem o feedback de nuvem a baixa profundidade óptica em modelos por quase um fator de quatro e, assim, seu papel potencial é como um feedback negativo.  Este preconceito explica porque o feedback de profundidade óptica é praticamente desprezível na maioria dos modelos globais ”

[http://www.gewex.org/images/G.Stephens_Feb2010GNews.pdf ]

A figura a seguir mostra o albedo (refletividade da luz solar) de nuvens sobre a terra (dados ERBE) [ http://eosweb.larc.nasa.gov/guide/erbe/albedo_land.html ] Aumento do albedo implica reduzir aquecimento do sol.

As figuras abaixo mostram a forçante nuvem  determinada a partir dos dados de satélite ERBE. “Os últimos resultados da ERBE indicam que na média global as nuvens reduzem o aquecimento radiativo do planeta. Este resfriamento é uma função da época e varia de cerca de -13 a -21 Wm-2. Enquanto esses valores podem parecer pequenos, devem ser comparados com os 4 Wm-2 de aquecimento previsto por uma duplicação da concentração de dióxido de carbono. “[ http://cimss.ssec.wisc.edu/wxwise/homerbe.html ]

(O ERBE NASA é descrito aqui: [ http://asd-www.larc.nasa.gov/erbe/ASDerbe.html ])

Nuvens e transporte de calor

Existem vários tipos de nuvens (como mostrado na figura abaixo) e um dos tipos mais importantes é cumulonimbus, que se formam a partir do nível do solo perto de até 75.000 pés.  As nuvens cumulonimbus atuam como motores de calor, extraindo energia dos oceanos e das camadas mais baixas da atmosfera tropical e canalizam o calor e a umidade para cima e para fora.

[ http://www.enchantedlearning.com/subjects/astronomy/planets/earth/clouds/ ]

A figura a seguir mostra o calor latente realizado para cima pelas nuvens tropicais a partir de dados de satélite TRMM (quando a água evapora, ele absorve energia que depois é liberada quando se condensa – este é o calor latente realizados a partir da superfície para a alta atmosfera, onde, em seguida, irradia-se para o espaço).

[ http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Simpson/simpson6.php ]

A NASA Earth Observatory em um artigo de 2002: “Depois de analisar 22 anos de medições por satélite, os pesquisadores da Nasa encontrarom  mais luz solar que entrou nos trópicos e mais calor escapou para o espaço em 1990 do que em 1980. Seus resultados indicam que uma menor cobertura de nuvens bloqueia a radiação e a saida de calor. “Como as nuvens foram pensadas para ser o elo mais fraco na previsão de futuras alterações climáticas a partir dos gases de efeito estufa, estes novos resultados são perturbadores”, disse o Dr. Bruce Wielicki da NASA Langley Research Center, Hampton, Va. … Wielicki acrescentou. “Isso sugere que os modelos climáticos atuais podem, de fato, ser mais incertos do que tínhamos pensado”, … As alterações  desconhecidas  previamente no orçamento de radiação são 2-4 vezes maiores do que os cientistas tinham acreditado possível. …  A mais rápida  circulação secou o vapor de água que é necessária para a formação de nuvens nas regiões superiores da baixa atmosfera sobre o norte e sul nas áreas mais tropicais. Meno nebulosidade formada permite que entre mais luz do sol  e mais calor sai dos trópicos.  Em resposta, vários dos mais famosos grupos pesquisadores de modelos climaticos do mundo  concordarom em assumir o desafio de reproduzir as mudanças nas nuvens tropicais.  Mas os modelos climáticos não passarom no teste, prevendo menor variabilidade observada por fatores de 2-4. “É como se o motor de calor nos trópicos se tornou menos eficiente, utilizando mais combustível na década de 90 do que nos anos 80”, disse Wielicki.  “Seguimos as alterações a uma diminuição na nebulosidade tropical para permitir que mais luz solar  atingir a superfície da Terra. Mas o que queremos saber é por que as nuvens iriam mudar.” Os resultados também indicam que os trópicos são muito mais variados e dinâmicos do que se pensava. “”Nós pensamos que esta é uma flutuação natural, mas não há como dizer ainda.” [ http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?old=200201317366 ]

Tropical Cobertura de nuvens ea temperatura global

A figura abaixo mostra a cobertura de nuvens tropicais (15N – 15S, verde) e média mensal de anomalia de temperatura global (azul) para 1983 – 2008 (a partir de [ http://www.climate4you.com/ClimateAndClouds.htm ] onde os dados em nuvem é a partir de ICCP e os dados HadCRUT3).

A figura a seguir mostra a correlação entre a cobertura de nuvens baixas globais  e a temperatura do ar da superfície global (da mesma fonte, como acima).  Com os aumentos de nuvens baixas, diminui a temperatura netta.

As figuras abaixo mostram as anomalias de temperatura média global (de [ http://hadobs.metoffice.com/hadcrut3/diagnostics/global/nh+sh/ ])

A figura abaixo mostra a cobertura de nuvens total para a área do Oceano Pacífico do 20N – 20S x 90W – 120E do banco de dados ICCPS não plotados [explorador clima KNMI http://climexp.knmi.nl/start.cgi?someone @ em algum lugar ]. (O ICCPS é o International Satellite Cloud Climatology Project com dados a partir de 1983 [ http://isccp.giss.nasa.gov/ ].)

A figura a seguir mostra a cobertura de nuvens de cima para baixo (invertido e mudou para azul) e sobreposto, a temperatura média global do gráfico mostrado anteriormente.  Assim, a cobertura de nuvens tropicais do Pacífico tem uma forte correlação com a temperatura média global.

SAND-RIO

http://www.appinsys.com/GlobalWarming/Clouds.htm

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