Para analisar o comportamento dos modelos SPEEDY/HYCOM e SPEEDY/HYCOM/MOD foram realizadas alterações em alguns parâmetros dos modelos como: modificações nos parâmetros orbitais da Terra para representar as condições orbitais referentes ao IH e o PI; alterações na equação que representa o fluxo de neve; inserindo uma equação para representar o fluxo de água doce para os oceanos, além de outras alterações para representar o comportamento climático do IH e do PI.
Os resultados foram comparados aos obtidos do modelo LOVECLIM por Morrill et al. (2013) e de Zhang et al. (2016) cujo experimento foi repetido nessa pesquisa e ao resultado do modeloE-R obtido por Morrill et al. (2013). Os experimentos com SPEEDY/HYCOM mostraram maior transporte de massa de água em direção ao Norte em comparação aos obtidos com modelos LOVECLIM e o ModelE-R, o que pode ter relação com a própria parametrização de cada modelo. Por sua vez, o modelo SPEEDY/HYCOM/MOD mostrou uma boa correlação no transporte de água com o que fora observado em simulações com LOVECLIM o que pode estar ligado ao aporte de água doce e que levou a uma ligeira redução da AMOC quando recebeu essa água extra.
Diante do resultado obtido e da eficiência mostrada pelos modelos SPEEDY/HYCOM e sua versão modificada SPEEDY/HYCOM/MOD, é possível afirmar que este permite a utilização de outros parâmetros6 de saída do modelo como: Temperatura da superfície do Mar, salinidade, perfil de temperatura e pressão, temperatura do ar a 2 metros, precipitação e evaporação de forma a representar adequadamente, os interesses da pesquisa. Parâmetros que serão estudados e desenvolvidos quando da submissão do artigo para publicação dos resultados obtidos.
Os resultados visto da AMOC mostraram uma água mais estacionária (água fria) em superfície no Atlântico Norte quando da comparação entre IH modificado e IH, que pode ser oriunda do derretimento de geleiras da Groenlândia, da água mais fria que flui para o Atlântico através do Mar do Labrador (oriundas de Laurentide) ou de correntes vindas da Europa. Essa condição de água doce mais fria em superfície no Atlântico Norte faz com que ocorra menor transferência de calor do oceano para a atmosfera, além de permitir que mais calor flua em direção ao Ártico, através do fluxo de água das regiões tropicais que fluem para o Norte logo abaixo da superfície do mar no Atlântico Norte.
A diferença entre os dados do SPEEDY/HYCOM/MOD e do SPEEDY/HYCOM mostraram uma AMOC mais intensa na CCA em resposta ao aporte de água doce no Labrador que chegou a CCA através das correntes de fluxo profundo, o que intensificou a convecção e o fluxo de água deste em direção norte da CCA. No Atlântico Norte, por sua vez, ocorreu uma redução no fluxo de água da AMOC em direção ao Ártico o que pode ser explicado em função do aporte de água doce mais fria na camada de mistura, na bacia do Atlântico Norte que reduziu as trocas de calor oceano/atmosfera, e consequente enfraquecimento da AMOC após o aporte de água doce fria.
Nota de esclarecimento. Este artigo encontra-se em fase de construção e, portanto, os testes estatísticos comparativos entre os demais modelos e parâmetros observados na Tabela (6) serão analisados em um momento posterior, quando da submissão do artigo para publicação.
IV.ARTIGO 3
CLIMA NO INÍCIO DO HOLOCENO: AUMENTO DO FLUXO DE ÁGUA DOCE NO MAR DE LABRADOR
Reginaldo Tudeia SANTOS David MENDES
Maria Helena Constantino SPYRIDES
Artigo para ser submetido à revista (The Holocene)
Qualis: Capes A
Clima no início do holoceno: aumento do fluxo de água doce no Mar de Labrador
Climate in Early Holocene: An increase of freshwater Flux in the Labrador Sea
1Universidade Federal de Rondônia, Departamento de Matemática Estatística, Campus de Ji-Paraná, Rua Rio Amazonas 351, 76900-726, Ji-Paraná, RO, Brasil
2Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Ciências Climáticas e Atmosféricas, Campus Universitário Lagoa Nova, Avenida Senador Salgado Filho
3000, 59078-970, Natal, RN, Brasil
E-mails: [email protected]; [email protected]; [email protected]
Resumo
Os modelos climáticos podem simular a influência da cobertura de gelo polar em função do aumento da temperatura, bem como de outras condições que influenciam o sistema climático. Neste artigo, o objetivo é analisar o impacto da entrada de água doce extra no nordeste do Canadá e no Estreito da Dinamarca por meio de simulações com um modelo atmosfera/oceano SPEEDY/HYCOM e SPEEDY/HYCOM/MODF para o início do Holoceno (IH), com e sem aporte de água doce extra e os compara ao período pré- industrial (PI). Uma nova calibração de fluxo de água doce foi adicionada ao código do modelo. As simulações cobriram 1.500 anos (IH e PI), em que uma das simulações do IH está com água doce extra. Os resultados indicaram, entre outros, um resfriamento da temperatura da superfície do mar (TSM) durante o IH na região do Atlântico Norte nos meses DJF enquanto no Golfo do Alasca houve um aquecimento de até 0,7 ° C, com significância a 5%. Para as condições de temperatura próximo a superfície (T2m), as simulações indicaram um perfil de aquecimento mais intenso no IH, o que pode estar relacionado à variação da radiação solar em escala orbital. Para precipitação do IH, os resultados mostraram uma anomalia positiva no mar de Bering, na China, no mar do sul da Groenlândia e na região do Labrador, estatisticamente significante.
Palavras-chave: Início do Holoceno; modelagem climática; fluxo de água doce; variabilidade climática; aumento de temperatura
Abstract
Climate models can simulate the influence of reduced polar ice cover as a function of temperature increase, as well as other conditions that influence the climate system. In this article, the goal is to analyze the impact of extra freshwater entering the northeast of Canada and the Strait of Denmark through simulations with an atmosphere / ocean model SPEEDY / HYCOM and SPEEDY / HYCOM / MODF for the beginning of the Holocene (IH ), with and without extra fresh water and compares them to the pre-industrial period (PI). A new freshwater flux calibration has been added to the model code. The simulations covered 1,500 years (EH and PI), where EH is with extra freshwater. The results indicated, among others, a cooling of the sea surface temperature (TSM) during the HI in the North Atlantic region in the DJF months while in the Gulf of Alaska there was a warming of up to 0.7 ° C, with significance at 5%. For the surface temperature (TS) conditions, the simulations indicated a more intense heating profile in EH, which may be related to the variation of solar insolation in an orbital scale. For IH precipitation, the results showed a positive anomaly in the Bering Sea, China, the southern Greenland Sea and the Labrador region, which was statistically significant.
Keywords: Early Holocene; climate modeling; freshwater flux; climatic variability; temperature increase
4.1 INTRODUÇÃO
Compreender a evolução do clima durante os vários períodos de transição, especialmente entre os períodos glacial e interglacial, pode fornecer informações importantes para projetar o clima futuro. Estudos de paleo-reconstruções do último máximo glacial, como os de Capron et al. (2014) e modelagem climática, como a utilizada por Renssen et al. (2010) ou Zhang et al. (2016), fornecem elementos que incentivam o desenvolvimento de novas pesquisas sobre a fase de transição do período frio para o quente na Terra. Um dos elementos importantes para a regulação da temperatura do planeta é a Célula de Circulação Meridional do Atlântico (AMOC), responsável por regular o balanço energético entre os hemisférios da Terra (STOCKER, 1998) e uma perturbação prolongada da AMOC que ocorreu na transição do último máximo glacial, pode ter afetado significativamente o transporte de calor desse período.
A AMOC desempenha um papel fundamental no sistema climático, principalmente por seu papel no transporte de calor em direção ao Hemisfério Norte, e é
determinado por duas forças: o fluxo de água quente do equador em direção ao Hemisfério Norte e o fluxo para o leste devido ao Coriolis, efeito que resulta no transporte de água quente para altas latitudes do Atlântico Norte. À medida que se aproxima do Ártico, a água se torna mais densa e acaba afundando e retornando como água mais fria pelas correntes oceânicas profundas do Atlântico (STOCKER, 1989; LEVITUS et al., 2001; KUHLBRODT et al., 2007). De acordo com Renssen et al. (2010) e Zhang et al. (2016), o transporte de calor AMOC no Atlântico Norte influencia a extensão e o volume da cobertura de gelo marinho nessa região. Timmermann et al. (2005) confirmam que mudanças nas condições oceânicas afetam o comportamento da AMOC, como mudanças na taxa de transporte de calor em direção ao Atlântico Norte e, portanto, influenciam seus efeitos a longo prazo.
Devido à sua relevância para o clima global, a AMOC tem sido um dos principais focos de pesquisa e, em especial, quando perturbado por um fluxo de água doce extra no IH (por exemplo, MORRILL et al., 2013). No entanto, a questão de quais mecanismos físicos conduzem a AMOC em relação ao seu suprimento de energia (ZHANG et al., 2016) permanece uma questão controversa. Em contraste com a fonte de energia, outro ponto de investigação é o papel do calor da superfície e dos fluxos de água doce que influenciam o transporte de energia, bem como a modelagem de seus padrões de circulação espacial (MORRILL et al., 2013).
Mudanças nos parâmetros orbitais da Terra levaram a um aumento da radiação solar no Hemisfério Norte, durante o IH, o que contribuiu significativamente para as mudanças climáticas no referido período (BERGER, 1988, DENTON et al., 2010). Mudança que levou a alteração da AMOC quanto ao transporte de calor para o Atlântico Norte e influenciou no sistema acoplado oceano-atmosfera, durante o IH, afetando diretamente a temperatura do ar através de vários mecanismos de feedback (ZHANG et al., 2016). Além das influências na atmosfera e oceano, a criosfera também é afetada como as camadas de gelo Laurentide (LIS) e Fennoscandian (FIS) que estavam derretendo a uma taxa acelerada durante o IH, chegando a entrar em colapso em torno de 6,8 Ka e 10 Ka, respectivamente (DYKE et al., 2003, OCCHIETTI et al., 2011) e exercendo uma influência muito forte no sistema climático (RENSSEN et al., 2009).
O derretimento das geleiras, além de afetar a AMOC, também alterou a topografia a medida que aumentou o derretimento do gelo continental e alterado o albedo, o que pode ter influenciado o clima por meio do mecanismo de ajuste em relação à circulação atmosférica (JUSTIN e PELTIER, 2005; LANGEN e VINTHER, 2009). Finalmente,
estudos de modelagem e análise de dados paleoclimáticos indicaram que a AMOC se tornou relativamente mais fraco durante o IH. Enfraquecimento que se deve ao derretimento da camada de gelo continental e que levou a uma redução do transporte de calor para o norte (RENSSEN et al., 2010; THORNALLEY et al., 2013).
Além do aquecimento da Terra, ocasionado por alterações nos parâmetros orbitais e outros mecanismos naturais, ela também pode ser aquecida de forma antropogênica, o que pode alterar o fluxo de água doce para o oceano e, por consequência, o sistema climático. Como exemplo, a rápida liberação de água doce no oceano pode causar grandes distúrbios oceânicos e climáticos, como os relatados em estudos de Bond et al. (1993), Manabe e Stouffer (1995) e Blaschek e Renssen (2013). Esses autores mencionaram que uma grande liberação de água doce das camadas de gelo da Groenlândia é responsável pelo impacto significativo nos mares nórdicos com relação à formação de águas profundas.
Segundo Zhang et al. (2016), a intensidade e a duração do fluxo extra de água doce, depende de onde é liberado e sua intensidade para que possa influenciar na circulação oceânica. Por exemplo, há maior sensibilidade à liberação de água doce no mar do leste da Noruega, uma vez que está mais próximo de local de formação de águas profundas (ROCHE et al, 2010; ZHANG et al, 2016). Segundo Tartinville et al. (2001), no passado, a rápida descarga de água doce no oceano modificou significativamente o sistema climático. Zhang et al. (2016) identificaram um resfriamento mais forte no Ártico e no noroeste da Europa (antes de 9 ka), como apontado nos estudos de Renssen et al. (2010) e Blaschek e Renssen (2013). Os autores identificaram um aumento no fluxo de água doce das camadas de gelo da Groenlândia e a água derretida redistribuída das camadas de gelo da Fennoscandian como responsável pela redução da atividade convectiva (oceânica) e do transporte de calor para o norte do Oceano Atlântico, associado a um resfriamento adicional do gelo.
Renssen et al. (2002), usando modelos dinâmicos acoplados, simularam uma injeção de água doce no Atlântico Norte a 8,2 ka. Os autores identificaram uma grande perturbação nas condições da superfície no Atlântico Norte, alterando as condições de salinidade e a profundidade da circulação termohalina nesta região. Morrill et al. (2013) descobriram que durante o IH, um pulso muito intenso de água doce, aproximadamente 2,5 g/kg por ano, na Baía de Hudson (nordeste do Canadá) induziu uma mudança decadal da ordem de 25% na AMOC, reduzindo diretamente a temperatura da superfície no Hemisfério Norte durante esse período.
Hou et al. (2011) identificaram vários episódios de declínio da AMOC durante o IH. Esses declínios, segundo os autores, estão diretamente ligados ao derretimento do gelo no nordeste do Canadá e na Groenlândia. Esse processo de entrada de água doce no Atlântico Norte foi mais intenso entre 11 e 8,4 ka. Os autores também descobriram que esse intervalo de tempo coincidiu com a diminuição da AMOC. Devido ao importante impacto do fluxo de água doce nos oceanos, Zhang et al. (2016) afirmam que é necessária maior atenção com relação ao fluxo superficial desse elemento por meio de modelos de circulação geral do oceano para analisar sua influência na circulação termohalina e sua importância na regulação da temperatura da superfície do mar e da temperatura da Terra. O entendimento do impacto climático, como o que ocorreu a 11 ka, por um fluxo de água doce extra, devido a mudanças nos parâmetros orbitais, mudanças na concentração de CO2 ou outros fatores, pode contribuir para a compreensão das mudanças climáticas futuras (BERGER , 1988, STOCKER e SCHMITTNER, 1997, RENSSEN et al., 2002, HOU et al., 2011, MORRILL et al., 2013, BUIZERT et al., 2014, HODGSON et al., 2016, ZHANG et al., 2016). Para tanto, neste artigo, o objetivo é analisar o impacto da entrada de água doce extra no Mar do Labrador por meio de simulações com um modelo atmosfera/oceano SPEEDY/HYCOM e SPEEDY/HYCOM/MODF para o início do Holoceno (IH), com e sem aporte de água doce extra e os compara ao período pré- industrial (PI), no Mar do Labrador e no Estreito da Dinamarca.