Modelos Circulação Global

Na investigação sobre o clima são utilizados modelos que partem desde o equilíbrio de energia simples a modelos complexos, como os Modelos do Sistema Terrestre (ESM), que exigem computação de alto desempenho. A escolha do modelo depende diretamente da questão científica a ser abordada (Held, 2005; Collins et al, 2006d.). As aplicações incluem simulações de paleoclima ou clima histórico, de sensibilidade e de estudos de processo de atribuição e compreensão física, previsões da variabilidade climática em escalas de tempo de curto prazo e mudança na sazonal para decadal, fazendo projeções de futuras mudanças climáticas no próximo século ou mais, e redução de escala de tais projeções para

fornecer mais detalhes à escala regional e local. O custo computacional é um fator importante e modelos de modo simplificados (com reduzida complexidade e resolução espacial) podem ser utilizados quando são necessários conjuntos maiores ou integrações mais longas. Exemplos incluem exploração de sensibilidade parâmetro ou simulações de mudanças climáticas na escala de tempo milenar ou mais.

Os principais grupos de modelos são (IPCC AR5, 2013):

 Modelos Gerais de Circulação Atmosfera-Oceano (AOGCMs): foram os modelos "padrão" clima avaliadas no AR4. Sua função principal é compreender a dinâmica dos componentes físicos do sistema climático (atmosfera, oceano, terra e gelo do mar) e para fazer previsões baseadas no futuro dos gases de efeito estufa (GEE) e dos aerossóis. Estes modelos continuam a ser amplamente utilizados e, em particular, são executados (por vezes em maior resolução) para previsão de clima em aplicações sazonais e decenais de feedbacks biogeoquímicos não críticos (ver Capítulo 11). Além disso, AOGCMs de alta resolução ou de resolução variável são frequentemente utilizados em estudos ou aplicações de processos com foco em uma determinada região.

 Modelos do Sistema Terra (ESMs): são os atuais modelos estado-da-arte e eles expandiram os AOGCMs para incluir a representação de vários ciclos biogeoquímicos, tais como aqueles envolvidos no ciclo do carbono, o ciclo do enxofre ou ozônio (Flato, 2011).

 Modelos do Sistema Terrestre de Intermediária Complexidade (EMICs): tentam incluir componentes relevantes do sistema da Terra, mas muitas vezes de maneira idealizada ou pela menor resolução do que os modelos descritos acima. Estes modelos são aplicados a determinadas questões científicas, tais como a compreensão de respostas climáticas em escalas de tempo milenares ou a explorar as sensibilidades em que são necessárias aos modelo de longas integrações ou grandes conjuntos (Claussen et al, 2002;. Petoukhov et al., 2005). Esta classe de modelos, muitas vezes inclui os componentes do sistema Terra ainda não incluídos em todos os ESMs (por exemplo, folhas de gelo). À medida que aumenta poder de computação, esta classe de modelo continuará a avançar em termos de resolução e complexidade.

 Modelos Climáticos Regionais (MCR): são modelos de área limitada com representações de processos climáticos comparáveis aos dos componentes da superfície atmosféricos e terrestres de AOGCMs, embora normalmente executado sem oceano interativo e gelo do mar. RCMs são frequentemente utilizados para simulações de modelos globais dinamicamente 'downscale' para alguma região geográfica particular, para fornecerem informações mais detalhadas (Laprise, 2008; Rummukainen, 2010). Por outro lado, os métodos de downscaling empíricos e estatísticos constituem uma variedade de técnicas similares para fornecer detalhes regional ou local.

O clima futuro é moldado pela reação do planeta às forçantes, juntamente com variabilidade interna inerente ao sistema climático. Uma série de suposições sobre a magnitude e o ritmo das emissões futuras ajuda os cientistas a desenvolver cenários de emissão diferentes, sobre os quais projeções são baseados os modelos climáticos. Diferentes modelos climáticos, por sua vez, fornecem representações alternativas de resposta da Terra aos forçantes e da variabilidade

climática natural. Juntos, conjuntos de modelos, simulando a resposta a uma série de diferentes cenários, mapeiam uma gama de futuros possíveis e nos ajudam a compreender as suas incertezas. (IPCC AR5, p. 1036)

Os modelos climáticos são construídos sobre a base dos princípios físicos que regem e representam o nosso complexo sistema climático e na compreensão empírica, interagindo processos necessários para simular o clima e as alterações climáticas, do passado e do futuro. Observações análogas do passado ou extrapolações de tendências recentes são estratégias inadequadas para projeções de produção de eventos, porque o futuro não será necessariamente uma simples continuação do que temos visto até agora. (IPCC AR5, p. 1036).

As características observadas de temperaturas extremas e ondas de calor são bem simuladas por modelos climáticos e são semelhantes à propagação entre estimativas observadas na maioria das regiões. Modelos de baixa escala regional agora oferecem informações consistentes sobre as escalas espaciais necessários para a avaliação extremos e melhorias na simulação do El Niño- Oscilação Sul, do Projeto Fase 3 (CMIP3) para a Fase 5 (CMIP5) e outros fenômenos de grande escala, são cruciais. No entanto, mudanças simuladas em

frequência e intensidade de eventos extremos é limitada por problemas de disponibilidade e de qualidade de dados observados, e pela capacidade dos

modelos para simular de forma confiável certos feedbacks e significar mudanças nos principais recursos de circulação, tais como bloqueios. (IPCC AR5, p. 109)

Assim, mudanças de temperatura são mais fáceis de serem previstas, ao passo que eventos extremos de chuva são mais difíceis, daí a dificuldade em prever intensidade e freqüência dos eventos.

Por definição, as características do que é chamado de condições meteorológicas extremas podem variar de lugar para lugar em um sentido absoluto. Atualmente, os eventos extremos individuais geralmente não podem ser diretamente atribuído à influência antrópica, embora a mudança na probabilidade de que o evento ocorra foi determinada para alguns eventos de contabilização de alterações observadas no clima (IPCC AR5, p. 1454).

Seneviratne et al. (2012) cita que:

Quando um padrão de clima extremo persistir por algum tempo, como uma temporada, pode ser classificada como um evento climático extremo,

especialmente se ele produz uma média ou total que é em si extrema (por exemplo, secas ou chuvas fortes ao longo de uma temporada). Para alguns eventos climáticos extremos, como secas, enchentes e ondas de calor, vários fatores como a duração e intensidade devem ser combinados para produzir um evento extremo).