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A variabilidade do clima tem a sua origem numa série de factores de causas naturais, que podem ser agrupados em dois grandes grupos: factores de variabilidade de origem externa e factores de variabilidade de origem interna (Miranda, 2001).

Os factores de origem externa pretendem explicar as oscilações observadas causadas por alterações nas condições exteriores ao sistema climático. Deste grupo de factores salientam-se as alterações periódicas ou esporádicas do input solar, e as alterações da composição atmosférica devidas a factores externos (vulcões, impactos cósmicos, etc.). A afectação do sistema climático por estes factores externos leva a que este seja considerado como um sistema forçado, em que a variabilidade depende da alteração do nível de forçamento (Miranda, 2001). As variações forçadas, como consequência dos factores externos, afectam o clima, todavia não são afectadas por ele (Peixoto, 1987a).

A variabilidade interna ou a instabilidade intrínseca é explicada pela teoria dos sistemas caóticos, ou seja, sistemas físicos que apresentam comportamentos imprevisíveis em determinadas condições,

embora estes sistemas sejam definidos por leis bem definidas (Miranda, 2001). No sistema climático, a instabilidade interna e os mecanismos de auto-realimentação originam variações livres, que englobam interacções não lineares estabelecidas entre as diferentes componentes do sistema (Peixoto, 1987a).

2.2.1.1Variabilidade externa

Neste capítulo apresentam-se alguns exemplos de forçamentos externos ao sistema climático. O primeiro exemplo de forçamento externo considera os parâmetros orbitais da Terra. O clima da Terra, entre outros factores, é definido pelas características do movimento da Terra em torno do Sol. Essencialmente são três os parâmetros orbitais que caracterizam este movimento: a excentricidade da órbita ou trajectória seguida pela Terra no seu movimento de translação; a obliquidade do eixo da Terra ou ângulo entre o eixo de rotação e o plano do movimento de translação (eclíptica); a sua precessão ou orientação da projecção do eixo de rotação sobre o plano da eclíptica (Miranda, 2001). A precessão do eixo da Terra considera que o planeta tem movimento de rotação sobre o seu próprio eixo. Como um pião de brincar, o eixo de rotação da Terra desloca- -se lentamente e desenha um cone no espaço, devido ao seu movimento cónico de sentido retrógrado (Ahrens, 2001) (Figura 2.5).

Em 1930, Milankovitch demonstrou que estes factores variam regularmente (Miranda, 2001). A excentricidade oscila entre cerca de 1% e de 5%, num período de 97.000 anos; a obliquidade do eixo varia 1,5º em torno de um valor médio de 23,1º, com um período dominante de 40.400 anos; o eixo precessa com um período de 21.000 anos (Hidore e Oliver, 1993; Miranda, 2001). A interferência dos parâmetros definidos pela teoria de Milankovitch foi justificada pelo facto das oscilações paleoclimáticas do Quaternário apresentarem períodos idênticos aos dos parâmetros orbitais. A teoria de Milankovitch apenas consegue explicar alterações climáticas com períodos entre as dezenas e as centenas de milhar de anos (Miranda, 2001).

a) b) c) ∼97.000 anos 22,5º - 24,5º - 22,5º (23,5º actual) ∼40.400 anos ∼21.000 anos Julho a) b) c) ∼97.000 anos 22,5º - 24,5º - 22,5º (23,5º actual) ∼40.400 anos ∼21.000 anos Julho

Figura 2.5 - Ciclos de Milankovitch.

a) oscilação da excentricidade; b) oscilação da obliquidade; c) precessão do eixo. Os desenhos não estão à escala, estando a excentricidade e a oscilação do eixo de rotação exagerados (adaptada de Miranda, 2001).

Outro exemplo relaciona-se com a variação da energia emitida pelo Sol16_{. Uma das principais}

teorias que explica esta variação refere as manchas solares17 (Hidore e Oliver, 1993). A variação quase periódica do número de manchas solares denomina-se ciclo solar, e demora cerca de 11 anos a perfazer (Hidore e Oliver, 1993; Miranda, 2001). A irradiância solar aumenta nos períodos com maior número de manchas solares, quase exclusivamente no domínio do ultravioleta. A amplitude dos ciclos solares varia, o que significa que o número de manchas máximo varia de ciclo para ciclo (Miranda, 2001). Entre 1645 e 1700, o número de manchas foi mínimo, a este mínimo denominou-se Maunder minimum, que coincidiu com a pequena idade do gelo (Hidore e Oliver, 1993; Ahrens, 2001). Por outro lado, a actividade solar atingiu o seu máximo entre os anos 1100 e 1250, coincidindo no hemisfério Norte com um período de temperaturas elevadas (Hidore e Oliver, 1993). De acordo com Ahrens et al. (2001) muitas teorias têm surgido para explicarem as ligações entre as manchas solares e a variabilidade climática, todavia nenhuma foi ainda provada.

Os aerossóis são também factores de forçamento externo. Estes entram na atmosfera, pela acção do homem ou por causa natural, podendo ter diferentes efeitos consoante o tamanho das partículas, forma, cor, composição química e a sua distribuição em altitude na atmosfera. Algumas destas partículas, como as partículas de sulfato e as poeiras de solo, reflectem e dispersam a radiação solar, outras, como a fuligem, absorvem-na, e outras selectivamente absorvem e emitem radiação infravermelha. Como resultado global sobre o clima, os aerossóis de origem humana arrefecem a superfície (Ahrens, 2001). Os vulcões constituem uma fonte natural de aerossóis atmosféricos. As emissões vulcânicas são bastante irregulares, havendo uma emissão concentrada de aerossóis num pequeno número de erupções vulcânicas. No último século, é provável que as erupções do El Chichon (México, 1982) e Pinatubo (Filipinas, 1991) tenham sido responsáveis por um arrefecimento até aproximadamente 1ºC (Miranda, 2001). Para as maiores erupções os modelos matemáticos prevêem que a descida da temperatura média dos hemisférios poderá ser entre os 0,2ºC e 0,5ºC ou mais, num intervalo de um a três anos após a erupção (Ahrens, 2001).

A deriva continental é também um exemplo de forçamento externo. Esta é consequência da tectónica de placas, que por sua vez é fomentada pela convecção térmica no interior da Terra. Entre outras razões, a deriva continental deve ter alterado o clima global através da mudança da continentalidade do clima, por ter definido barreiras orográficas que dificultam o escoamento atmosférico, e por ter gerado uma modificação nas bacias oceânicas, responsável pela mudança do padrão de circulação profunda oceânica (Miranda, 2001). Alguns cientistas afirmam que a formação de inlandsis era mais provável quando as massas continentais estavam concentradas nas altas e médias latitudes. Nesse período é provável que o gelo tenha contribuído para o arrefecimento do planeta, uma vez que este apresenta um albedo (ou reflectividade) elevado que promove a reflexão de energia solar para o espaço (Ahrens, 2001). Enquanto que o albedo médio da Terra obtido pela média da reflectividade dos oceanos, da superfície emersa da Terra e da atmosfera é de 30%, o albedo da neve varia entre 75% e 95% (Hidore e Oliver, 1993).

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Solar output.

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2.2.1.2Variabilidade interna

A distinção entre variabilidade de origem externa e interna é artificial, porque as interacções não lineares podem também ser desencadeadas por alterações externas (Miranda, 2001). As variações internas ocorrem durante dias ou semanas, e podem estar relacionadas a frentes polares ou a anticiclones (Peixoto, 1987a).

No curto prazo, o fenómeno ENSO (El Niño - Southern Oscillation) é o exemplo mais conhecido e bem compreendido de influência interna (Miranda, 2001). O fenómeno ENSO consiste numa interacção estabelecida entre duas componentes do sistema climático – oceano e atmosfera - originada na região intertropical do Pacífico, e que interfere no clima das latitudes baixas e do Continente americano (Hurrell, 1998; Miranda, 2001). Outro exemplo possível de interacção é entre a atmosfera e a superfície emersa da Terra (Hurrell, 1998).

A interferência dos oceanos no clima da Terra é outro exemplo de variabilidade interna. Três das razões que explicam essa interferência são: as mudanças na temperatura das águas dos oceanos (Hidore e Oliver, 1993); a circulação profunda do oceano (Miranda, 2001); alteração da elevação relativa da superfície emersa da Terra (Hidore e Oliver, 1993).