Entenda como o vórtice polar do Ártico afeta o hemisfério norte

Neste artigo, conversamos com dois especialistas da NOAA sobre o devastador evento de frio extremo, o vórtice polar e o potencial vínculo com o aquecimento global.

Vórtice polar versus fluxo de jato polar

O vórtice polar do Ártico é uma faixa de fortes ventos do oeste que se formam na estratosfera entre cerca de 10 e 30 milhas acima do Polo Norte todo inverno.

Os ventos envolvem uma grande piscina de ar extremamente frio. (Existe um vórtice polar ainda mais forte na estratosfera do Hemisfério Sul em seu inverno.) Quanto mais fortes os ventos, mais o ar interno é isolado das latitudes mais quentes e mais frio fica.

Quando o vórtice polar do Ártico é especialmente forte e estável (globo esquerdo), ele incentiva a corrente de jato polar, na troposfera, a mudar para o norte. O ar polar mais frio permanece no Ártico. Quando o vórtice enfraquece, muda ou se divide (glóbulo direito), a corrente polar do jato geralmente se torna extremamente ondulada, permitindo que o ar quente inunde o Ártico e o ar polar para afundar nas latitudes médias. NOAA Climate.gov graphic, adaptado do original por NOAA.gov.

Segundo Amy Butler, especialista em estratosfera da NOAA, as pessoas costumam confundir o vórtice polar com o fluxo de jato polar, mas os dois estão em camadas completamente separadas da atmosfera. A corrente de jato polar ocorre na troposfera, em altitudes entre 5-9 milhas acima da superfície. Ele marca a fronteira entre as massas de ar da superfície, separando o ar mais quente e com latitude média e o ar polar mais frio. É o fluxo de jato polar que desempenha um papel tão grande no clima diário de inverno nas latitudes médias, não no vórtice polar.

O vórtice polar e o clima de inverno no Hemisfério Norte

O vórtice polar nem sempre influencia o clima do inverno nas latitudes médias. Quando isso acontece, no entanto, os efeitos podem ser extremos. Quando o vórtice polar é especialmente forte, por exemplo, o vapor do jato polar tende a permanecer mais ao norte e a exibir mais fluxo zonal, com menos sinuoso. Na superfície, esse estado estratosférico estável é frequentemente associado a um Ártico ainda mais frio que o normal e a um clima mais ameno que o normal nas latitudes médias. A oscilação do Ártico, que rastreia os padrões de pressão do vento e do ar em escala hemisférica, é frequentemente positiva.

No outro extremo, o vórtice polar é ocasionalmente derrubado quando ondas atmosféricas especialmente fortes na troposfera se quebram para cima na estratosfera. O vórtice diminui e pode balançar, deslizar para fora do poste, dividir em vários lobos ou – nos casos mais extremos – inverter temporariamente a direção. Independentemente de seu “sabor”, essas interrupções têm uma coisa em comum: um aumento nas temperaturas da estratosfera polar, e é por isso que são chamadas aquecimentos estratosféricos repentinos.

Nas semanas seguintes à agitação estratosférica, o fluxo de jato polar geralmente desenvolve uma forma ondulada, com valas profundas e cristas íngremes que podem ficar quase estacionárias por dias. A natureza exata da interação – como o jato polar “sente” a interrupção no vórtice polar e por que reage da maneira que reage – não é totalmente compreendida. Sob os cumes de alta pressão, o ar quente inunda para o norte em partes do Ártico, muitas vezes causando derreter extremo, enquanto o ar polar enche as calhas de baixa pressão, trazendo condições de inverno mais ao sul do que a média. A oscilação do Ártico geralmente entra em sua fase negativa.

O vórtice polar e o frio extremo no centro-sul dos Estados Unidos

Segundo Butler, é razoável supor que o vórtice polar tenha desempenhado um papel no surto climático extremo do inverno que atingiu as planícies do sul no final de fevereiro. Há muitas pesquisas que vinculam interrupções do vórtice polar estratosférico a surtos extremos de ar frio nas latitudes médias dos Estados Unidos ou da Eurásia, algumas semanas depois.

“Tivemos um aquecimento estratosférico repentino em Janeiro”, explicou Butler. “O vórtice polar enfraqueceu. Tem esticado fora de forma e deslizou para o sul do poste. Na maioria das vezes, quando isso acontece – e acontece em média a cada dois anos no Ártico – alguma parte das latitudes médias acabará por sofrer um surto de ar frio. A interrupção do vórtice incentivou a corrente de jato polar a ficar mais ondulada por várias semanas e, em combinação com outros padrões climáticos, criou condições favoráveis para um grave surto de ar frio no centro dos EUA”.

Temperaturas do ar próximas à superfície no Hemisfério Norte de 15 a 22 de fevereiro de 2021, em comparação com a média de 1981-2010. O fluxo de jato polar mergulhou profundamente no centro-sul dos Estados Unidos, trazendo frio extremo (azul escuro) para as planícies do sul. Enquanto isso, partes do Ártico eram muito mais quentes que a média (laranja e vermelha).

Por outro lado, ela disse, muitos surtos de ar frio no Ártico acontecem em um determinado inverno sem a ajuda do vórtice polar. Sem mencionar, às vezes o vórtice polar é interrompido e há poucos, se houver, impactos no clima na superfície. Portanto, culpar o evento apenas pelo vórtice polar seria um exagero. (Para uma perspectiva sobre o possível papel desempenhado nos padrões de temperatura do Oceano Pacífico em um evento semelhante que ocorreu no inverno de 2013/14 e pode estar em jogo durante este evento, confira o de Dennis Hartmann ENSO blog post)

O vórtice polar e o aquecimento global

Entre as perguntas que os leitores nos perguntam, está se o aquecimento global está afetando o vórtice polar de uma maneira que, paradoxalmente, tornaria mais prováveis surtos climáticos severos no inverno nas latitudes médias. Segundo Butler, a ideia não é tão contra intuitiva quanto parece à primeira vista.

“Por exemplo, interrupções no vórtice polar ocorrem quando o vórtice é esbarrado por baixo por ondas atmosféricas em larga escala que fluem ao redor da troposfera”, disse Butler. “As ondas estão sempre lá, mas qualquer coisa que mude sua força ou localização – incluindo mudanças na temperatura e pressão da superfície resultantes da perda de gelo do mar – pode potencialmente influenciar o vórtice polar. Portanto, a idéia seria que, embora você tenha uma tendência geral de aquecimento, poderá ver um aumento na gravidade de eventos climáticos individuais no inverno em alguns locais.”

Entre as possibilidades, a localização “preferida” do vórtice polar pode ser sensível a variações regionais na cobertura de gelo marinho. Por exemplo, um estudo vinculou a extensão de gelo marinho abaixo da média de fevereiro nos mares de Barents e Kara, no Ártico oriental, a uma mudança no vórtice polar em direção à Eurásia entre as décadas de 1980 e 2000. A mudança de vórtice foi acompanhada por invernos mais frios que a média na Sibéria e pelas latitudes médias da Eurásia central.

Nenhuma tendência clara, mas dados limitados

Mas, embora a hipótese seja plausível, Butler disse: “Não acho que haja evidência convincente de uma tendência de longo prazo no vórtice polar. O que vemos no registro é esse período muito interessante nos anos 90, quando não houve eventos repentinos de aquecimento estratosférico observados no Ártico. Em outras palavras, o vórtice era forte e estável. Mas então eles começaram a voltar no final dos anos 90 e, na década seguinte, havia um quase todos os anos. Portanto, havia uma janela de tempo no início dos anos 2010, onde parecia haver uma tendência para estados mais fracos, mais perturbados ou deslocados do vórtice polar do Ártico. Mas não continuou, e cada vez mais, parece que o que parecia ser o começo de uma tendência era apenas variabilidade natural, ou talvez apenas uma recuperação do silêncio dos anos 90”.

Interrupção do vórtice polar do Ártico em janeiro/2021. Os globos mostram alturas geopotenciais de 10 milibar, um indicador da pressão do ar, para (esquerda) em 26/12/2020, quando o vórtice polar começou a enfraquecer (meio) em 05/01/2021, quando os ventos estratosféricos inverteram o sinal e (à direita) em 15/01/2021 durante o repentino evento de aquecimento estratosférico.

“É difícil, no entanto”, continua Butler, “porque não temos um registro muito longo de observações da estratosfera. Só o observamos diretamente desde os anos 50. Não é muito longo para entender de que tipo de variabilidade natural o vórtice polar pode ser capaz. Um pesquisador fez um histórico reconstrução correlacionando as partes sobrepostas do índice de oscilação do Atlântico Norte – que remonta muito mais longe – e o registro do vórtice polar, e extrapolando o registro do vórtice polar mais no tempo usando o índice NAO. Não mostrou tendência de longo prazo nem grandes diferenças nas últimas décadas em comparação com as décadas anteriores”.

Ainda assim, ela disse, é possível que tenha havido mudanças no vórtice como local que não são tão bem compreendidas e que possam ter consequências para os impactos na superfície.

Modelos teimosamente divididos

A incerteza devido a um histórico relativamente curto de observações não é a única razão pela qual os especialistas não podem descartar a possibilidade disso alguma coisa poderia estar com vórtice polar. Algumas experiências com modelos climáticos prevêem que o aquecimento contínuo levará a um enfraquecimento do vórtice polar. “É verdade que, quando você executa alguns modelos climáticos de alta resolução, com uma estratosfera realista e uma camada realista de gelo marinho, e reduz a cobertura de gelo marinho, esses modelos prevêem que o vórtice polar fica mais fraco”, disse Butler.

Ao mesmo tempo, outras simulações de modelos prevêem que o aquecimento e a perda de gelo do mar levarão a um mais forte vórtice polar. Parte do motivo do desacordo é que o impacto do aquecimento da superfície do Ártico e da perda de gelo do mar nas ondas atmosféricas que podem atrapalhar o vórtice polar é muito sensível exatamente onde e quando ocorre a perda de gelo do mar, e isso não tem sido consistente nas simulações de modelos.

“Então, às vezes as perdas de gelo do mar são construtivas: elas reforçam e amplificam o estado padrão ou médio das ondas”, explica Butler. “Mas outras vezes, dependendo exatamente onde e quando a perda e o aquecimento do gelo do mar ocorrem nos modelos, eles podem interferir nas ondas atmosféricas existentes destructively, canceling them out.”

A sensibilidade ao momento e localização da perda de gelo marinho é apenas parte da complexidade. Também parece haver um cabo de guerra entre os processos de mudança climática que poderiam fortalecer o vórtice polar do Ártico e os processos que poderiam enfraquecê-lo. Tocando neste tópico em um post recente do blog ENSO do Climate.gov, Butler escreveu :

Por exemplo, prevê-se que a troposfera superior tropical se torne mais quente, o que provavelmente aumentará o gradiente de temperatura do equador para pólo na tropopausa (a camada atmosférica que separa a troposfera da estratosfera), o que aceleraria o vórtice polar em ambos hemisférios. No entanto, o aquecimento aprimorado da superfície do Ártico em relação às latitudes médias reduz o gradiente de temperatura da superfície e pode atuar no vórtice polar do Hemisfério Norte na direção oposta.

Outros fatores climáticos são iguais, um vórtice mais fraco, com interrupções mais frequentes, pode retardar a taxa de aquecimento do inverno nas latitudes médias, enquanto o acelera no Ártico. Um vórtice polar mais forte, com poucas interrupções, pode-se retardar o aquecimento do Ártico às custas de um aquecimento mais rápido do inverno nas latitudes médias.

“Algumas pessoas pressionaram os modelos o mais forte possível, observando os cenários de aquecimento mais extremos nos horizontes mais longos para ver se um sinal consistente emergiria das simulações”, disse Butler. “Mas os modelos permanecem divididos.”

Ligações do Ártico ao clima de inverno no meio da latitude

Para o especialista em clima do Ártico Jim Overland, esses dois pontos são argumentos familiares contra a hipótese mais ampla esse rápido aquecimento do Ártico pode estar afetando o clima de inverno no meio da latitude de várias maneiras. Ele nem discorda deles. No um artigo recente, Overland e vários co-autores argumentaram que, se o aquecimento do Ártico está afetando eventos climáticos extremos nas latitudes médias, é através de conexões intermitentes que amplificam um evento extremo somente quando as condições atmosféricas de fundo já são favoráveis.

Como exemplo, ele aponta um estudo que descreveu como um evento atmosférico do rio se combinou historicamente baixo de extensão do gelo marinho nos mares de Bering e Chukchi em 2017 para intensificar uma cordilheira de alta pressão sobre o Ártico do Pacífico. Tanto para cima quanto para baixo da cordilheira amplificada, o fluxo de jato polar desenvolveu valas profundas, o que permitiu que o ar polar frio se derramasse para o sul, tanto no leste da Ásia quanto na América do Norte, no início do inverno.

“Portanto, a falta de gelo marinho por si só não causa os eventos”, disse Overland, “mas uma vez que as condições de fundo são estabelecidas, o fluxo de calor do oceano sem gelo para a atmosfera, juntamente com o ar quente que flui das latitudes mais baixas pode ajudar a reforçar as áreas de alta pressão do jato. Talvez faça com que um evento frio a jusante dure mais do que teria, seja um pouco mais extremo ou cubra uma área um pouco maior”.

Se existirem, será difícil definir esses tipos de influências intermitentes do aquecimento amplificado do Ártico no clima extremo do inverno nas latitudes médias. No outono e no início do inverno, pode ser um atraso no congelamento do gelo do mar que é mais influente, enquanto no inverno mais tarde pode ser o vórtice polar. Ou a influência pode amplificar extremos frios em um local e extremos quentes em outro, que em toda a latitude média se cancelariam.

“Toda maneira que as pessoas tentaram olhar para essa questão produziu algumas evidências para uma conexão e algumas evidências contra uma conexão ”, disse Overland. Uma equipe de pesquisa concluiu que a perda de gelo do mar do Ártico está atrapalhando a circulação atmosférica de maneira a levar a invernos severos em latitudes médias. Outra equipe dirá que os padrões incomuns de circulação atmosférica vêm em primeiro lugar e conduzem o Ártico quente e os invernos frios pelos continentes de latitude média. Na opinião de Overland, ainda não há evidências suficientes para governar a hipótese dentro ou fora.

No geral, os invernos serão mais quentes em um mundo com altas emissões contínuas de gases de efeito estufa. Alterações projetadas nas temperaturas médias de janeiro nos Estados Unidos até os anos 2090, se o mundo seguir um caminho de alta emissão de gases de efeito estufa (à direita) em comparação com 1981-2010 (à esquerda).

Ainda assim a maioria das métricas especialistas usam para descrever o clima de inverno, Overland concorda que o quadro geral é claro: em média, os invernos são mais quentes e os extremos frios são menos prováveis do que eram há um século. É provável que essa tendência continue com o aumento dos gases de efeito estufa e mais aquecimento global.

Se essas influências intermitentes do Ártico nas latitudes médias não mudarão fundamentalmente a trajetória geral do clima de inverno com o aquecimento global, por que o assunto ainda é uma área de pesquisa tão ‘quente’?

“Para a NOAA, a razão pela qual essa questão é importante é a escala de previsão sub-sazonal”, disse ele, referindo-se a horizontes previstos de algumas semanas a um mês ou mais. Mesmo que a conexão entre o Ártico e o clima extremo de latitude média seja apenas intermitente, a falta de entendimento de quando essas conexões podem ocorrer nos roubará a oportunidade de estender o tempo de espera dos meteorologistas poderia dar eventos extremos, como a recente tempestade de inverno no Texas.

As ligações entre o Ártico e as latitudes médias “podem não mudar o cenário sazonal”, disse Overland, “mas os detalhes do que influencia os eventos extremos individuais ainda importam”. (ecodebate)