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Em todo o Centro-Oeste, durante os meses mais quentes, estudar o céu em busca de sinais de tempestades e tornados se torna um dos passatempos mais populares.
Dan Chavas, professor associado do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias da Faculdade de Ciências da Universidade Purdue, vai além: o dia todo, todos os dias, ele estuda o que faz os tornados funcionarem. Trabalhando na intersecção da ciência climática e da meteorologia, ele analisa o panorama geral do que causa tempestades e tornados severos – e o que determina onde eles ocorrem.
“Eu estudo tanto o clima quanto as condições meteorológicas extremas”, diz Chavas. “Minha pesquisa pergunta: ‘Por que temos tempestades ou tornados severos?’ Existem regiões específicas na Terra que têm mais tempestades, mais tornados do que outros lugares? O que cria essas regiões tempestuosas?
As regiões central e leste dos Estados Unidos estão entre os principais pontos de tempestades severas e formam o ponto quente para os tornados mais danosos e frequentes da Terra. Chavas usa modelos de computador do mundo real para conduzir experimentos para determinar o que contribui para a formação dessas tempestades.
“Temos suposições de décadas sobre o que causa as tempestades”, diz ele. “Estamos validando essas hipóteses e descobrindo o que torna a América do Norte um ponto tão quente”.
Movendo céu e terra
Chavas não é um caçador de tempestades. Ele não está lá fora em uma van meteorológica coberta com fios de satélite caçando tempestades individuais para obter insights que elas podem gerar. Ele também não pode criar tempestades em seu laboratório ou desencadear tornados para entender sua anatomia ou comportamento.
Em vez disso, ele aproveita décadas de dados históricos ricos e detalhados e modelos de computador complexos para imaginar e testar cenários hipotéticos. Ele é um testador de tempestades.
“Utilizamos modelos meteorológicos e climáticos, bem como extensas bases de dados de trovoadas, relâmpagos, dados atmosféricos e muito mais, para perguntar: ‘E se o mundo fosse diferente?’”, Diz Chavas. “Podemos usar esses modelos como laboratórios para fazer perguntas como ‘O que acontece com o clima se você achatar as Montanhas Rochosas? E se você preencher o Golfo do México? Que aspectos das configurações continentais e montanhosas modernas realmente importam? Vamos realmente testar esta sabedoria convencional predominante.’”
Ambas as hipóteses – achatar as Montanhas Rochosas e preencher o Golfo do México – são o foco dos estudos que Chavas e a sua equipa conduziram.
Durante mais de 50 anos, a sabedoria estabelecida dizia que o Golfo do México, uma fonte de ar quente e húmido que flui para o interior, a leste das Montanhas Rochosas, desempenha um papel importante na formação dos tornados na América do Norte. Mas ninguém sabia ao certo.
“Era uma hipótese muito razoável”, diz Chavas. “Havia muitas explicações muito razoáveis. Mas ninguém foi capaz de testar essas ideias de 50 anos porque elas surgiram quando não havia modelos climáticos com o poder computacional necessário. Agora podemos realmente começar a entender o física da situação.”
Quando a sua equipa praticamente preencheu o Golfo do México com terra, descobriu que um Golfo do México seco afectava a frequência e a gravidade das tempestades muito menos do que esperavam. Sem o Golfo do México, fortes tempestades se deslocaram para o leste, das Grandes Planícies centrais para Illinois, embora tenham sido reduzidas no sul do Texas.
“Tempestades severas e tornados se formam em ambientes com ingredientes específicos para como a temperatura, umidade e especialmente a velocidade e direção do vento mudam com a altura na atmosfera”, diz Chavas. “O clima determina onde e quando esses ingredientes podem ser encontrados juntos para produzir esses tipos de tempestades. Modelos de computador nos permitem entender por que os ingredientes estão lá em primeiro lugar e qual papel cada um deles desempenha no clima que vemos.”
Em seu estudo mais recente com o aluno de pós-graduação Funing Li, recém-publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências, a equipe comparou o potencial climático severo na América do Norte, famosa por tornados, com a América do Sul, que tem uma geografia semelhante à da América do Norte e também muitas tempestades severas, mas muito menos tornados. Sua pesquisa foi financiada pela National Science Foundation e pela NASA.
Eles descobriram que a textura áspera da superfície terrestre a leste da cordilheira dos Andes, cuja rugosidade é determinada em parte pelas colinas e árvores altas da região amazônica, pode desempenhar um papel importante na prevenção de tornados na região central da América do Sul. Em contraste, na América do Norte, muitos tornados se formam a leste das Montanhas Rochosas, onde o ar flui da superfície oceânica muito mais lisa do Golfo do México. A equipe primeiro usou experimentos de modelos climáticos nos quais a América do Sul equatorial foi suavizada para ficar semelhante à superfície de um oceano, o que aumentou drasticamente o potencial de tornados na América do Sul central. Eles também realizaram experimentos nos quais a região do Golfo do México foi acidentada para se parecer com uma superfície terrestre florestada, o que suprimiu fortemente o potencial de tornado na América do Norte.
“Uma superfície áspera a montante significa que a jusante o vento não está mais mudando a velocidade e a direção com a altura muito fortemente perto da superfície, o que chamamos de ‘cisalhamento do vento’”, diz Chavas. “Isso não muda os ingredientes para tempestades severas, mas o cisalhamento do vento no 1 quilômetro de ar acima do solo é um ingrediente crítico para tornados.”
Aviso de tempestade
O clima real e as aplicações do mundo real fascinam Chavas, um fascínio que nasceu depois que uma árvore devastada pela tempestade caiu em sua casa em Wisconsin quando ele tinha 4 anos de idade.
As implicações da sua investigação no mundo real – como estará o tempo na próxima semana, no próximo mês, no próximo ano e no próximo século – são o que o motiva.
“Se quisermos compreender como as alterações climáticas irão afectar o clima no futuro, precisamos de compreender como o clima determina o tempo em primeiro lugar”, diz Chavas. “Não temos uma compreensão muito boa de como o clima controla o clima severo que temos.”
Entender como a rugosidade da superfície e o uso da terra mudam o clima, por exemplo, pode permitir que os humanos do futuro prevejam melhor — e até mesmo afetem parcialmente — os padrões climáticos. Se a terra áspera da Amazônia, incluindo um componente das árvores da Amazônia, protege a América do Sul de tornados, o recrescimento das florestas orientais dos Estados Unidos poderia afetar os tornados também?
As mudanças climáticas afetam os padrões de fluxo da atmosfera e a distribuição de umidade na terra, diz Chavas.
“Se mudarmos a superfície terrestre e a trajetória do ar que flui para o interior do Golfo do México, isso pode ter um impacto direto nesses ingredientes que dão origem a tornados mais para o interior. Quando pensamos em mudanças climáticas, pensamos em ficar mais quente e a terra mais seca. Mas se a corrente de jato muda onde e quão rápido o ar flui para o interior, pode mudar onde e como os tornados se formam. Lugares que não os viam antes podem vê-los mais, e lugares que tinham mais podem ver menos”, diz ele. “Precisamos entender o clima agora para nos ajudar a prever melhor o clima do futuro.”
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