A outra crise climática

A ciência do clima previu corretamente muitos aspectos do sistema climático e sua resposta ao aumento das concentrações de dióxido de carbono na atmosfera. Recentemente, discrepâncias entre o mundo real e nossas expectativas de mudanças climáticas regionais surgiram, assim como novas abordagens computacionais disruptivas.

Em um artigo da Perspective publicado na Nature , pesquisadores fornecem uma interpretação para a situação, sugerindo que o campo está evoluindo e que aceitar discrepâncias é um caminho fundamental a seguir.

À medida que os campos científicos evoluem, paradigmas dominantes emergem. Discrepâncias ou anomalias também surgem. Elas podem frequentemente ser contabilizadas, mas se começarem a se acumular, o paradigma dominante pode ser questionado, levando ao que os filósofos da ciência chamam de crise. Por exemplo, no início do século XX, a física clássica passou por tal crise, após o que a física quântica foi desenvolvida.

Um exemplo recente pode ser o estado atual da física de partículas, onde a incapacidade de encontrar novas partículas elementares está forçando os físicos a revisitar suposições em seu modelo padrão. E houve sinais de que a ciência do clima está amadurecendo e pode estar em uma situação análoga, de acordo com uma análise de Tiffany Shaw da Universidade de Chicago — anteriormente uma cientista visitante no Instituto Max Planck de Meteorologia (MPI-M) — e o diretor do MPI-M, Bjorn Stevens

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O que os autores descrevem como o paradigma dominante ou “abordagem padrão” da ciência do clima foi desenvolvido ao longo dos últimos 60 anos pela aplicação de leis fundamentais da física ao sistema climático, sob a suposição de que processos de pequena escala são determinados por médias estatísticas dependentes de grandes escalas (parametrização).

Isso permitiu que os pesquisadores descobrissem a física relativamente simples que rege o comportamento do complexo sistema climático e levou o Prêmio Nobel de Física de 2021 a ser concedido ao diretor fundador do MPI-M, Klaus Hasselmann, e ao climatologista americano Syukuro Manabe.

“A abordagem padrão tem sido extremamente bem-sucedida em explicar características gerais do sistema climático e certos aspectos de sua resposta ao aumento das concentrações de dióxido de carbono”, diz Shaw. Por exemplo, ela faz um excelente trabalho descrevendo e explicando a estrutura vertical da atmosfera e alguns aspectos do padrão espacial de aquecimento da Terra devido a um aumento no dióxido de carbono atmosférico.

Mudanças climáticas regionais expondo discrepâncias

Assim como na evolução de outros campos científicos, discrepâncias surgiram na ciência do clima com relação a como a mudança climática regional está evoluindo. Por exemplo, o Pacífico Tropical oriental esfriou, contrariamente a todas as previsões do modelo. Nem foi antecipada a frequência aumentada de condições climáticas de bloqueio sobre a Groenlândia no verão.

E mesmo onde mudanças eram esperadas, cientistas continuam se surpreendendo com sua intensidade. Por exemplo, embora tenha sido corretamente previsto que o Ártico aqueceria mais rápido do que o resto do globo, a amplificação observada no Ártico é maior do que o esperado.

Muito do que é inicialmente surpreendente pode muito bem acabar sendo explicado em retrospecto usando a abordagem padrão. Mas Shaw e Stevens argumentam que as discrepâncias também estão expondo lacunas de conhecimento relacionadas a suposições sobre como processos de grande e pequena escala e componentes do sistema climático se acoplam uns aos outros.

Em particular, discrepâncias estão se acumulando nos trópicos, onde mudanças na circulação tropical em larga escala são conhecidas por crescerem a partir de instabilidades que ocorrem em escalas pequenas e intermediárias. Esses mecanismos de acoplamento de escala não operam na geração atual de modelos climáticos.

Uma oportunidade para avançar, não uma justificação para a inação

Ainda não está claro se as discrepâncias regionais persistirão, mas se persistirem e se acumularem, os cientistas do clima podem ter que revisitar o paradigma dominante. Shaw e Stevens argumentam que abraçar as discrepâncias, à medida que elas inevitavelmente surgem por meio de um registro observacional mais abrangente e cada vez mais abrangente, é um caminho a seguir.

Eles oferecem uma maneira de avançar nossa compreensão das mudanças climáticas regionais e testar novas abordagens computacionais disruptivas. Uma ênfase renovada no método testado e comprovado de formar e testar hipóteses para desenvolver teorias será necessária para antecipar mudanças em um mundo mais quente.

“O desafio do trabalho conceitual será identificar qual física ausente na abordagem padrão é mais importante para mudanças regionais e como incorporá-la”, diz Stevens.

Novas abordagens computacionais disruptivas podem desempenhar um papel importante aqui. Por exemplo, novos tipos de modelos climáticos executados em computadores de alto desempenho permitem mecanismos de acoplamento de escala que estão atualmente ausentes. Alternativamente, o aprendizado de máquina pode fornecer insights sobre o acoplamento entre escalas espaciais e componentes do sistema climático usando observações.

Os autores apontam que, com ou sem crise, a ciência de como as temperaturas globais responderão ao aumento das concentrações de gases de efeito estufa é construída sobre a compreensão física fundamental. O aquecimento global também foi previsto com sucesso. Assim, as discrepâncias acumuladas não colocam em questão a necessidade de políticas de redução de emissões.

Ao mesmo tempo, confrontar discrepâncias em escalas regionais oferece à pesquisa climática uma oportunidade de aprofundar sua compreensão do sistema climático e, mais importante, das manifestações locais do aquecimento global — o que é necessário para orientar os esforços regionais de adaptação e avaliar melhor o risco de mudanças catastróficas.

 

Uma oportunidade para avançar, não uma justificação para a inação

 

Ainda não está claro se as discrepâncias regionais persistirão, mas se persistirem e se acumularem, os cientistas do clima podem ter que revisitar o paradigma dominante. Shaw e Stevens argumentam que abraçar as discrepâncias, à medida que elas inevitavelmente surgem por meio de um registro observacional mais abrangente e cada vez mais abrangente, é um caminho a seguir. Eles oferecem uma maneira de avançar na compreensão das mudanças climáticas regionais e testar novas abordagens computacionais disruptivas. Uma ênfase renovada no método testado e comprovado de formar e testar hipóteses para desenvolver teorias será necessária para antecipar mudanças em um mundo mais quente.

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“O desafio para o trabalho conceitual será identificar qual física ausente da abordagem padrão é mais importante para mudanças regionais e como incorporá-la”, disse Bjorn Stevens. Novas abordagens computacionais disruptivas podem desempenhar um papel importante aqui. Por exemplo, novos tipos de modelos climáticos executados em computadores de alto desempenho permitem mecanismos de acoplamento de escala que estão atualmente ausentes. Alternativamente, o aprendizado de máquina pode fornecer insights sobre o acoplamento entre escalas espaciais e componentes do sistema climático usando observações.

Os autores apontam que, com ou sem crise, a ciência de como as temperaturas globais responderão ao aumento das concentrações de gases de efeito estufa é construída sobre a compreensão física fundamental. O aquecimento global também foi previsto com sucesso. Assim, as discrepâncias acumuladas não colocam em questão a necessidade de políticas de redução de emissões. Ao mesmo tempo, confrontar discrepâncias em escalas regionais oferece à pesquisa climática uma oportunidade de aprofundar sua compreensão do sistema climático e, mais importante, das manifestações locais do aquecimento global — o que é necessário para orientar os esforços regionais de adaptação e avaliar melhor o risco de mudanças catastróficas.