Força da circulação estratosférica global medida pela primeira vez

A estimativa ajudará a medir o tempo de espera de gases de efeito estufa, vapor de água e ozônio na atmosfera superior.

Fonte:http://news.mit.edu/2017/

Jennifer Chu | MIT News Office 
28 de agosto de 2017

                                                                        

Cientistas do Departamento de Ciências da Terra, Atmosfera e Planetária (EAPS) do MIT determinaram pela primeira vez a força da circulação da estratosfera, com base em observações de produtos químicos principais que viajam dentro dessa camada atmosférica.

Imagem: MIT News

Quando os aviões comerciais atravessam as nuvens para alcançar a altitude de cruzeiro, eles normalmente chegaram à estratosfera, a segunda camada da atmosfera terrestre. O ar lá em cima é seco e claro, e muito mais calmo do que a atmosfera turbulenta que experimentamos no chão.

E, no entanto, por toda a sua tranquilidade aparente, a estratosfera pode ser uma correia transportadora poderosa, puxando o ar da região equatorial da Terra e empurrando-a de volta para os pólos em um padrão de circulação contínua. A força desta circulação pode afetar significativamente a quantidade de vapor de água, produtos químicos e ozônio transportados ao redor do planeta.

Agora, os cientistas do Departamento de Ciências da Terra, Atmosférica e Planetária (EAPS) do MIT determinaram pela primeira vez a força da circulação da estratosfera, com base em observações de produtos químicos principais que viajam dentro dessa camada atmosférica.

Em um artigo publicado hoje na revista Nature Geoscience , a equipe relata que a estratosfera tira cerca de 7 bilhões de quilogramas de ar através dos trópicos por segundo, em todo o mundo, a uma altitude de cerca de 20 quilômetros. Os pesquisadores estimam que a parcela média de ar pode passar cerca de 1,5 anos dentro desta camada antes de circular de volta para camadas mais baixas da atmosfera.

A nova estimativa pode ajudar os cientistas a avaliar onde e por quanto tempo o vapor de água, o ozônio e os gases de efeito estufa permanecem dentro da estratosfera. Os cientistas também podem usar o método da equipe para determinar futuras mudanças na força da estratosfera - informações essenciais para rastrear a recuperação do buraco de ozônio e a progressão do aquecimento global.

Os principais autores do papel são Marianna Linz, ex-doutora em EAPS que agora é pós-doutora na Universidade da Califórnia em Los Angeles; e Alan Plumb, um professor emérito na EAPS; juntamente com pesquisadores da Universidade de Nova York, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica, da Universidade de Cambridge e da Caltech.

Quedas químicas

A circulação da estratosfera é conhecida pelos cientistas como o reverso meridional, referindo-se ao padrão em que o ar é puxado para a estratosfera perto do equador e transportado ao longo dos meridianos da Terra, ou linhas longitudinais, antes de ser retirado para trás nos pólos. Os cientistas tentaram medir a força dessa circulação, concentrando-se principalmente na velocidade a que o vapor de água aumenta através da estratosfera perto do equador.

"Outros analisaram essa região do equador, onde eles pensam que a maioria das coisas está chegando, e eles tentaram caracterizar isso usando vapor de água", diz Linz. "Mas isso é apenas olhar para esta região estreita, e é difícil inferir como é o resto da circulação".

Linz, Plumb e seus colegas adotaram uma abordagem mais global, fazendo uso das medidas atmosféricas de dois produtos químicos atmosféricos, hexafluoreto de enxofre e óxido nitroso, levados ao redor do mundo por satélites, balões meteorológicos e aeronaves. Eles consideraram que esses produtos químicos eram candidatos ideais para rastrear, pois não tinham "dissipas estratosféricas", ou métodos pelos quais a concentração desses gases mudaria quando atingiram a estratosfera.

"O pensamento é que o que sobe deve descer", diz Linz.

Os cientistas compilaram medidas de ambos os produtos químicos entre 2007 e 2011, com a idéia de estimar quanto tempo esses químicos levaram a entrar, depois saíram, a estratosfera. Eles eliminaram as medidas, observando as concentrações de cada produto químico em determinadas parcelas de ar em toda a estratosfera em vários locais e altitudes.

Em particular, eles olharam ao longo do tempo para identificar parcelas de ar subindo nos trópicos, e mais tarde, parcelas de ar com a mesma concentração de produtos químicos, sendo retirada para trás nos pólos.

Eles argumentaram que o intervalo de tempo entre o aumento e o afundamento indicaria o tempo que a parcela passava na estratosfera. Um cálculo simples, factorizando a massa total de ar na estratosfera, renderia a velocidade com que essa parcela percorreu a estratosfera, o que reflete essencialmente a força da circulação.

"Se você pensa em uma pista de corrida e alguém fazendo uma volta na pista, você pode medir o tempo que eles entraram na pista, e o tempo que eles saíram, e você pode calcular sua velocidade média ao redor da pista, se você conhece a distância de pista ", explica Plumb. "Então, isso é assim, de certa forma".

O ar lá em cima

A equipe realizou esses cálculos e calculou a média dos resultados para várias altitudes em toda a estratosfera. Seus cálculos para ambos os produtos químicos concordaram quase que perfeitamente em altitudes mais baixas de cerca de 20 quilômetros, produzindo uma força de circulação de cerca de 7 bilhões de quilogramas por segundo - comparável em magnitude à força da circulação de reversão no oceano. 

"A coisa mais importante a ser conhecida em termos de impactos nas mudanças climáticas e no ozônio é o que é essa força de circulação nesta altitude mais baixa, porque é o que está fornecendo produtos químicos para a estratosfera", diz Plumb.

Linz e Plumb compararam sua estimativa com as previsões de circulação estratosférica feitas por vários modelos climáticos e descobriram que sua estimativa concordava com alguns modelos, e não com outros. Linz diz que a nova estimativa da equipe e o método para calcular a força da estratosfera podem ajudar a melhorar as previsões modelo de aquecimento e desenvolvimento de ozônio.

"Se os modelos climáticos estão começando sua circulação estratosférica errado, eles provavelmente receberão suas distribuições de ozônio errado, o que terá impactos definitivos sobre o que as tendências [previstas] são para o aquecimento global", diz Linz. "Então, ter esse benchmark é realmente valioso".

Os pesquisadores estão trabalhando para obter mais medições, mais altas na estratosfera, para caracterizar melhor a força da estratosfera em altitudes mais altas, bem como em camadas inferiores.

"Nós temos esses dados e podemos dizer qual é a força neste nível, mas porque não temos os dados mais altos, não podemos dizer quase tanto quanto isso. Então, realmente precisamos de melhores observações na estratosfera superior ", diz Linz.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela National Science Foundation.