Bem acima da superfície da Terra, as temperaturas do ar ocasionalmente aumentam subitamente, produzindo efeitos generalizados no clima, na química do ar e nas telecomunicações.
Pesquisas recentes mostraram conclusivamente a existência de uma forte conexão entre SSWs e extensas mudanças em toda a atmosfera da Terra. Essas mudanças podem afetar a química atmosférica, temperaturas, ventos, partículas neutras (partículas não ionizadas) e elétrons, e campos elétricos (Figura 1), e se estendem da superfície à termosfera (Figura 2) e em ambos os hemisférios. Essas mudanças abrangem regiões que os cientistas não haviam considerado anteriormente como conectadas.
Entender esses mecanismos de acoplamento tem importância prática: as SSWs abrem as portas para melhorar as capacidades de previsão meteorológica troposférica e espacial. As implicações se estendem não apenas à previsão do tempo aqui na superfície, mas também à maior compreensão dos processos químicos na atmosfera, às fontes de efeitos adversos nos sistemas de navegação por satélite (por exemplo, GPS) e telecomunicações, e possivelmente até ao estudo de atmosferas em outros planetas.
Como os aquecimentos estratosféricos repentinos começam
As SSWs foram detectadas pela primeira vez na década de 1950, quando observações usando instrumentos transmitidos por balões, chamados radiosondes, revelaram que as temperaturas na estratosfera do inverno no Hemisfério Norte passam por períodos de rápido aumento [ Scherhag, 1952]. Esses períodos duraram vários dias e foram seguidos por uma diminuição em direção aos valores climatológicos típicos nas próximas 1 a 3 semanas.
Outras pesquisas mostraram que, apesar de seu nome, SSWs realmente começam na troposfera. Matsuno [1971] propôs um mecanismo para a ocorrência de SSWs que ainda é considerado amplamente válido hoje: em altitudes de menos de 10 quilômetros acima da superfície da Terra, ondas de escala planetária se formam e se propagam para a estratosfera, onde se dissipam. Isso leva a um enfraquecimento do vórtice polar , uma região confinada de fortes ventos a leste que se formam durante o inverno em altas latitudes. À medida que o vórtice polar enfraquece, as temperaturas estratosféricas polares aumentam.
Padrões SSW
As ondas planetárias que impulsionam a formação de SSWs tendem a ter amplitudes maiores no Hemisfério Norte em comparação com o Hemisfério Sul. Isso se deve em parte às diferenças nas distribuições de montanhas, terra e mar nos hemisférios – as ondas planetárias troposféricas são alimentadas por contrastes de temperatura entre a terra e o oceano, bem como por montanhas que canalizam o fluxo do vento, fatores mais predominantes no norte. Assim, SSWs ocorrem principalmente no Hemisfério Norte, embora uma única SSW forte no Hemisfério Sul tenha sido observada em setembro de 2002.
Embora a magnitude das SSWs possa variar, os cientistas estão particularmente interessados em entender os fortes aquecimentos do inverno, referidos como “grandes” aquecimentos. Uma variedade de definições existe, mas os critérios para o que constitui um grande aquecimento no Hemisfério Norte freqüentemente incluem a inversão de leste a oeste dos ventos longitudinais a 60 ° N de latitude e a cerca de 30 km de altitude.
As principais SSWs ocorrem no inverno no Hemisfério Norte cerca de seis vezes por década [ Charlton e Polvani, 2007], dependendo das variações de longo prazo nos ventos troposféricos e estratosféricos, como aqueles impulsionados pelo El Niño – Oscilação Sul , oscilação quase bienal e atividade solar [ Labitzke, 1987].
Efeitos de Superfície e Previsão do Tempo
Padrões climáticos em escala hemisférica na troposfera e estratosfera do Hemisfério Norte durante o inverno estão associados a mudanças em um índice chamado Northern Annular Mode (NAM) [ Thompson e Wallace,1998]. Na troposfera, o NAM é caracterizado por uma anomalia de pressão sobre a região polar, com uma anomalia com sinal oposto a 50 ° -55 ° N. Isto é, anomalias de alta pressão sobre o Pólo Norte estão associadas a anomalias de baixa pressão mais ao sul e vice-versa. Este padrão está relacionado a ventos mais fortes a leste durante fases NAM positivas (por exemplo, para uma anomalia de pressão polar negativa) e anomalias de vento para oeste durante fases NAM negativas. Na estratosfera, o NAM descreve a força do vórtice polar. As fases NAM negativas estão associadas a vórtices polares estratosféricos fracos, como os que ocorrem durante SSWs.
As anomalias da NAM deslocam-se frequentemente da estratosfera para a tropopausa (a fronteira entre a troposfera e a estratosfera) ao longo de cerca de 10 dias e podem alterar significativamente os padrões climáticos extratropicais durante os 2 meses seguintes. O conhecimento desse movimento descendente pode estender o alcance das previsões meteorológicas.
Fora dos trópicos, uma SSW pode deslocar trilhas ciclônicas extratropicais em direção ao equador, entre outras conseqüências. Esse deslocamento aumenta a probabilidade de que tempestades passem sobre o Reino Unido e o sul da Europa, e aumenta a probabilidade de temperaturas frias recorde e queda de neve no leste da América do Norte [ Kidston et al., 2015]. Embora as reanálises atmosféricas e as simulações do modelo climático ilustrem claramente a propagação para baixo das anomalias da NAM, ainda não entendemos completamente o mecanismo responsável pelo controle estratosférico de padrões climáticos troposféricos.A influência descendente das SSWs se estende até mesmo ao oceano, fornecendo uma força persistente para os ventos de superfície, que modulam a circulação oceânica em larga escala [ Reichler et al., 2012]. No entanto, ao contrário dos efeitos atmosféricos de curto prazo, as SS contribuem para a variabilidade do oceano em escalas de tempo de 5 a 10 anos. Tal variabilidade em escalas de tempo maiores surgem devido ao agrupamento de ocorrências de SSW, levando a uma forçante consistente e plurianual na superfície do oceano.
Para cima e para fora
Mudanças de vento estratosféricas durante SSWs desencadeiam uma cadeia de eventos que levam a anomalias na estratosfera e até a próxima camada, a mesosfera, em ambos os hemisférios. As mudanças de circulação estratosférica durante SSWs modulam o espectro de ondas atmosféricas que se propagam para cima na mesosfera, levando a mudanças na média diária das velocidades e temperaturas do vento na mesosfera superior e na termosfera inferior (80-120 quilômetros acima da superfície).
As mudanças de vento mesosféricas estão relacionadas às formas pelas quais os ventos na estratosfera influenciam a filtragem de ondas gravitacionais atmosféricas . As anomalias mesosféricas muitas vezes, embora nem sempre, aparecem inicialmente uma semana ou mais antes dos distúrbios estratosféricos de pico. Esse tempo dá a aparência de que as anomalias da SSW se propagam para baixo da mesosfera até a troposfera, embora não saibamos se a mesosfera tem algum controle sobre a variabilidade estratosférica.
O aquecimento da mesosfera polar do hemisfério sul (verão) também ocorre durante SSWs. Este aquecimento está relacionado a mudanças de circulação causadas pelas ondas no Hemisfério Norte, que levam a um aquecimento da mesosfera tropical. O gradiente de temperatura alterado entre os trópicos e o pólo sul altera a circulação de verão das latitudes médias, alterando a filtragem das ondas gravitacionais atmosféricas. Com um espectro de ondas gravitacionais diferentes atingindo a mesosfera, as temperaturas da mesosfera do verão polar aumentam [ Körnich e Becker, 2010]. Isso, por sua vez, modula a formação de nuvens mesosféricas ou noctilucentes polares [ Karlsson et al., 2007].
Grande parte da variabilidade das altas altitudes é impulsionada por um fenômeno chamado marés atmosféricas . Como as marés oceânicas, estas são oscilações periódicas em escala global na atmosfera, com base no dia de 24 horas e os efeitos do Sol e da Lua na atmosfera. Mudanças nos ventos da estratosfera-mesosfera durante SSWs levam a uma mudança nas marés atmosféricas nos hemisférios Norte e Sul, demonstrando a influência global das SSWs na mesosfera.
Também vemos mudanças surpreendentemente grandes nos modos da maré lunar gravitacionalmente dirigida. Embora geralmente relativamente pequena, durante SSWs a maré lunar atende ou mesmo excede a amplitude das marés atmosféricas solares normalmente conduzidas termicamente muito maiores [ Pedatella et al., 2014].
Efeitos Quimicos
Os efeitos das SSWs não estão limitados aos mecanismos de aquecimento e resfriamento. A variabilidade na estratosfera e mesosfera também modifica a química atmosférica nessas regiões. Esta variabilidade inclui a alteração da distribuição dos gases traço atmosféricos, incluindo o ozônio estratosférico.
Na estratosfera, o movimento descendente do ar dentro do vórtice polar leva a um gradiente agudo nas concentrações de gás traço através da borda do vórtice: A borda do vórtice é essencialmente uma barreira entre grandes concentrações de gás traço dentro do vórtice e pequenas concentrações fora do vórtice ou vice-versa. versa. A quebra do vórtice durante SSWs remove essa barreira, aumentando a mistura de ar entre as latitudes médias e a região polar. Isso leva a concentrações mais homogêneas ao longo da estratosfera do hemisfério norte durante e após SSWs. Além disso, mudanças de temperatura induzidas pela SSW podem modificar as taxas de reação química, o que é particularmente importante para o ozônio estratosférico superior.
Depois de certos eventos da SSW, a estratopausa polar (a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera) se re-forma a uma altitude de 70-80 quilômetros, o que é aproximadamente 20 km maior do que a sua posição usual. A interação entre a força da onda e os ventos médios faz com que a estratopausa e a forte onda de força desçam em altitude. Essas mudanças fazem com que espécies químicas que normalmente residem na mesosfera superior sejam transportadas para baixo na mesosfera inferior e na estratosfera superior durante as semanas seguintes a uma SSW. A baixa resulta em transporte em anormalmente grandes concentrações de, por exemplo, óxidos de azoto (NO x) e monóxido de carbono (CO) na mesosfera inferior e estratosfera superior. O transporte desses gases para um local mais baixo na atmosfera tem implicações para a química na estratosfera polar de inverno, incluindo níveis aprimorados de NO x que aumentam a destruição do ozônio.
A conexão do clima espacial
O clima espacial – que descreve as condições na área entre a Terra e o Sol – não é determinado apenas pelo Sol, apesar das impressões populares. As SSWs são uma fonte considerável de variabilidade na termosfera e ionosfera da Terra e são, portanto, um componente importante do clima espacial próximo da Terra.
Isso é especialmente verdadeiro na ionosfera equatorial e de baixa latitude, onde a alta condutividade ionosférica na região equatorial de baixa latitude causa a mais significativa variabilidade induzida pela SSW. Os eventos de SSW modificam as estruturas de densidade de elétrons em larga escala dentro de cerca de 20 ° do equador geomagnético em um fenômeno conhecido como anomalia de ionização equatorial [ Chau et al., 2012]. A variabilidade da densidade de elétrons durante SSWs é de magnitude semelhante à de uma tempestade geomagnética moderada [ Goncharenko et al., 2010], demonstrando que as SSWs são um contribuinte potencialmente importante para o clima espacial adverso.
As mudanças de maré durante SSWs alteram adicionalmente o eletrojato equatorial , uma estreita faixa de corrente elétrica ao longo do equador geomagnético a uma altitude de cerca de 100 quilômetros, bem como o sistema de corrente solar quieta global. Pesquisadores ainda não determinaram o efeito que a variabilidade do campo elétrico e do movimento vertical do plasma tem sobre a ocorrência diária de irregularidades ionosporais pós-poros do equador. Essas irregularidades afetam os sinais de comunicação e navegação, portanto, entender como as SSWs induzem a variabilidade do campo elétrico, o que nos permitiria melhorar nossas previsões desses eventos, é de considerável importância.
As SSWs também geram variações na composição, densidade, temperatura e ventos da termosfera superior (cerca de 400 quilômetros acima da superfície da Terra). Em escalas globais, as observações de dragagem por satélite revelaram uma redução na densidade e temperatura da termosfera durante SSWs [ Yamazaki et al., 2015]. A redução de aproximadamente 5% na densidade neutra pode ter um impacto apreciável no arrasto de satélites e detritos orbitais.
Oportunidades futuras
As grandes anomalias atmosféricas durante os episódios de SSW permitem uma melhor compreensão dos processos de acoplamento de toda a atmosfera. Este acoplamento apresenta uma oportunidade prática para melhorar a previsão do tempo atmosférico e espacial. O conhecimento detalhado de como as anomalias estratosféricas influenciam o clima troposférico abrirá as portas para melhores previsões. Os efeitos das SSWs na atmosfera superior permitirão aos cientistas melhorar a previsão do tempo espacial, especialmente para determinar a variabilidade diária na ionosfera.
Os processos físicos que contribuem para a variabilidade das camadas atmosféricas da Terra também operam em outras atmosferas planetárias e definem seus orçamentos dinâmicos e energéticos.Não está claro o que, se algum, afeta a mudança climática na frequência de ocorrência e características das SSWs. Além disso, as definições atuais de eventos de SSW podem não ser apropriadas em um clima drasticamente diferente [ Butler et al., 2015]. Mas é crucial entender que, em um sistema terrestre complexo e em evolução, qualquer mudança nas SSWs invariavelmente envolverá mudanças em toda a atmosfera.
SAND-RIO
https://eos.org/features/how-sudden-stratospheric-warming-affects-the-whole-atmosphere
SOL E MUDANÇAS CLIMATICAS 
2 Comments
Céu de Araranguá SC Brasil. Que “nuvens” sinistras… Será a prevalência do acordo EUA/BR – Céus Abertos ?!ð
Nuvens esquisitas também no sertão sul do Ceará. Formação pesadas de nuvens e ocasionou muita chuva depois.