quarta-feira, julho 04, 2007

Sol e Clima


Amiguinhos, vamos então hoje dar mais um importante passo em frente na compreensão do “aquecimento global”!

Qual foi a importante conclusão a que já chegamos? Alfredo? ... Cristina?

- Creio que foi a de que Vénus e Terra terão um sistema climático semelhante, a diferença de temperatura sendo consequência da maior proximidade ao Sol de Vénus...

Eeeeexactissimamente. Muito caladinha a Cristina, mas quando fala é pela certa!
Portanto, sabemos que a energia radiada pelo Sol varia, sabemos que a temperatura da Terra varia, e temos a semelhança entre Vénus e Terra para fazer uma primeira estimativa da relação entre as duas coisas.

Ora entretenham-se lá a calcular essa relação. Dados do problema: Terra: temperatura média: 14ºC; irradiação: 1360W/m2. Vénus: temperatura média: 452ºC; distância ao Sol: 0,72 da distância Terra-Sol. Quem acabar as contas ponha o braço no ar.

........

Nuno, diz lá.

- Então, como a irradiação varia com o quadrado da distância, é fácil calcular a irradiação em Vénus; depois, dividindo a diferença de temperaturas pela diferença de irradiação obtém-se que a temperatura varia 0,35ºC por cada Watt de irradiação, ou seja, a relação é de 0,35 ºC/W

Certíssimo! Muito bem Nuno. E agora, para que é que isso nos serve?

- Bem, se soubermos como varia a actividade solar com o tempo, poderemos estimar como varia a temperatura da Terra ao longo do tempo...

Exactamente. E como podemos saber como varia a actividade solar?

-Então, não há medidas de satélite?

Haver há, mas são muito recentes. Na realidade, não temos medidas directas da actividade solar muito recuadas; mas temos vários indicadores dessa actividade, o mais importante dos quais, para a faixa de tempo que agora nos interessa, é o número de manchas solares.

- Manchas solares?! O Sol tem manchas? Será acne? Ahahahah

Brincas mas acertaste. Tem acne tem. Tem manchas e são tão grandes como a Terra. Manchas escuras. O Galileu foi dos primeiros que as estudou cuidadosamente. Diz-se até que isso terá contribuído para a sua cegueira. E acontece que existem registos do número dessas manchas com cerca de 3 séculos, o famoso “sunspot record”. E, especialmente interessante para o nosso problema, a variação do número de manchas é muito aproximadamente proporcional à variação da energia radiada pelo Sol!

- Então, podemos usar o sunspot record para sabermos como variou a irradiação nos últimos 3 séculos?

É isso mesmo que vamos fazer. O primeiro passo é estabelecer a relação entre a variação das manchas solares e a variação da irradiação. Para isso, eu usei os dados do último satélite, o Sorce, disponíveis em http://lasp.colorado.edu/sorce, e obtive que a relação entre a irradiação e o número R de manchas solares tem o valor de 0,013 W/R. Portanto, podemos transformar o número de manchas solares em W/m2 de irradiação e estes em temperatura!

O resultado é este belo gráfico. Para o obter, limitei-me a multiplicar o “sunspot record” pelas duas relações que achamos, convertendo o número de manchas solares em graus de temperatura, e apliquei o resultado a um circuito elementar de carga-descarga, simulando a capacidade térmica da Terra. O modelo mais simples possível, com a mesma resistência de carga e de descarga. Com um tão elementar modelo para um processo tão complexo não podemos esperar mais do que correspondência entre características média.

Que vos parece este gráfico?

18 comentários:

alf disse...

Pois é, o gráfico não se consegue ler... mas eu dou uma ajuda: a escala das ordenadas está graduada em décimas de grau, de 0,1 a 0,4ºC; na horizontal, os anos de 1700 a 2020 em intervalos de 20 anos.

(se usarem o magnifier da microsoft e inverterem as cores já vêm melhor)

Tarzan disse...

Prof.,

o mais simples é clicar na figura. Ela aparece noutra janela bastante ampliada.

Tarzan disse...

Que fixe!

A ver se percebi. A partir das observações de satélite sacou a relação manchas solares e a temperatura observada na Terra? e depois extrapolou-as o mais para trás possível?

alf disse...

Tarzan, claro, clicar no gráfico!! Obrigado!

A partir das medidas de satélite estabeleci a relação entre a irradiação solar e o número de manchas solares. Isto não é uma originalidade, há muito que os radioamadores e as pessoas ligadas as telecomunicações fazem coisas deste tipo porque a variação da actividade solar é determinante para as comunicações a longa distância. Eu apenas usei os dados mais recentes.

Da comparação Vénus-Terra, o "Nuno" determinou a relação entre variação de irradiação solar e variação de temperatura num planeta com sistema de nuvens.

O "sunspot record" tem cerca de 3 séculos; utilizando a relação entre manchas solares e irradiação, permite saber como variou a energia solar ao longo de 3 séculos; utilizando a relação calculada pelo "Nuno", obtem-se como variou a temperatura terrestre em 3 séculos.

Não há, portanto, nenhuma extrapolação.

Tarzan disse...

Sim. Estimação seria o termo mais correcto. Assumiu que a relação (entre manchas solares e irradiação) estimada a partir dos dados de satélite se manteve nos últimos 3 séculos. Ficará a questão: será que a relação sempre foi a mesma? Conseguiram-se isolar todas as variáveis relevantes para o problema?

alf disse...

A relação é apenas aproximada. Não se pretende determinar a exacta variação da temperatura da Terra, apenas saber se o Sol pode, ou não, ser responsável por ela.

Obter um resultado da ordem de grandeza da variação da temperatura da Terra significa que o Sol pode ser responsável. Porque a possibilidade de existirem várias causas com efeitos da mesma ordem de grandeza é mínima. Se é o Sol, não é o CO2.

Até agora, ninguém fez ainda um modelo que coloque o Sol como causa possível, em consequência de um deficientissimo entendimento das nuvens e do que acontece em Vénus. Este é o primeiro.

Os modelos climáticos actuais não sabem prever o albedo das nuvens, ou seja, a capacidade destas de reflectirem a energia solar. O erro devido a isto é certamente muito maior que todos os erros que se possam ter cometido neste modelo simplificado.

Tarzan disse...

Um gráfico com os dados de satélite com as medições da irradiação em contraposição com as manchas solares também seria interessante. Dados brutos, portanto.

Anónimo disse...

alf continua p.f.
Passei a tarde à procura de dados:
manchas solares
ficheiro com valores diários :
ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SUNSPOT_NUMBERS/RIDAILY.PLT
Irradiação solar :
SORCE - solar radiation & climate experiment
http://lasp.colorado.edu/sorce/data/tsi_data.htm
clicar em instrumento TIM -- full mission download , daily 172 Kb
coluna 1 - data , coluna 5 - irradiação total à distência de 1AU; coluna 10 - Irradiação total à distância da terra
depois fui procurar o cálculo da distância da Terra ao Sol em http://aa.usno.navy.mil/faq/docs/SunApprox.html
se usar a coluna 10 é necessário levar em conta a variação da distância da terra ao sol, mas ainda não fiz as contas
se usar a coluna 5 o cálculo será mais direto, porque já estará normalizado para 1AU.
Quanto à capacidade térmica da terra está mais complicado
No entanto tenho plena confiança no alf.
A modelação do alf está a seguir caminhos interessantes

alguns links
OCEAN CURRENTS AND CLIMATE
http://lawr.ucdavis.edu/classes/atm5/Lecture9.htm
Thermal Modeling of Planetary Surfaces & Thermal Inertia
http://www.gps.caltech.edu/classes/ge151/labs/lab_thermal.shtml
Albedo
http://www.eoearth.org/article/Albedo
-- aqui também põe o dedo na ferida (o culpado não pode ser o CO2 )
http://biocab.org/Heat_Transfer.html

-- neste blog a preocupação é semelhante à do alf
-- a água é 4 vezes pior para o aquecimento solar,
-- Marte não deveria ser um planeta gélido
-- os carros híbridos libertam H2O e são muito piores para o aquecimento global
http://locusdementia.blogspot.com/2006/07/41-seconds.html

alf disse...

Anónimo, estou fascinado com o seu trabalho de "linkagem". Links fundamentais para quem quiser saber mais. Eu não tenho posto nos posts para evitar que um aspecto muito sério afaste os leitores a que pretendo chegar.

Note uma coisa: não existe nenhum problema de "aquecimento global". O problema que pode existir é o da Terra estar fria demais.

Os carros libertarem H2O não tem influencia nenhuma no clima, quer pela quantidade insignificante, quer porque a quantidade de H2O é irrelevante - é a temperatura que define a quantidade de H2O que fica na atmosfera

Contrariamente ao que concluem os modelos climáticos, o aumento do vapor de água produz arrefecimento de não aquecimento, porque aumenta o albedo das nuvens; mas esse aumento é consequência de um aquecimento da superfície.

Ou seja, o Sol aquece a superfície, a evaporação aumenta e o sistema de nuvens vai reduzir a entrada de energia solar.

Quanto à capaciade térmica da Terra, ela é mais ou menos irrelevante para este modelo - a sua consequência é apenas aumentar ou reduzir a ondulação devida aos ciclos solares e o tempo de atraso na resposta da temperatura superfical.

Subjacente a tudo isto está uma questão fundamental: a energia radiada pelo Sol está a variar duma maneira que não é suportada pelo modelo solar existente; nestes casos, os cientistas não hesitam: se o universo não está certo com os modelos, é porque o Universo está errado! Se o modelo diz que a energia solar não varia nesta escala de tempo, é porque não varia. E, se não varia, não pode ser a causa das flutuações térmicas.

antonio disse...

Assim vocês não trazem o gajame de volta... Já vi melhores dias!

Range-o-dente disse...

Não faltam 'aquicimentostas' capazes de dizer que a quantidade de manchas solares aumenta à medida que o homem produz mais CO2 !!!.

alf disse...

Na realidade, já pensei em fazer um post em que "provava" a relação entre o CO2 e o número de manchas solares... com o titulo "Salvemos o Sol"... mas depois pensei que isso não iria adiantar. Mas lá que a ideia é divertida, lá isso é..

leprechaun disse...

Que vos parece este gráfico?


Bem, há uma óbvia relação inversa entre as médias da temperatura global e do respectivo nº de manchas solares.

Ou seja, mais manchas = menos calor e menos manchas = mais calor.

Se isto é assim, creio poder concluir-se que as manchas solares provocam alguma diminuição da radiação térmica, calculada por essas tais fórmulas novas para mim.

Pois se eu só brinco co'os meninos no jardim...

Rui leprechaun

(...e até as lindas flores de nós se riem assim! :))

leprechaun disse...

Mau! Ou será ao contrário?!

É que eu limitei-me só a olhar para esses miniciclos tipo curva sinusoidal da temperatura, observando que o mínimo coincide com o pico das manchas e vice-versa.

Mas numa visão mais geral, a relação parece ser outra, isto é, os períodos com menos manchas, tipo início dos séc. XVIII e XIX, são os mais frios, enquanto o final do século XVIII, meados do XIX e agora toda a 2ª metade do XX, mostram uma elevação da temperatura - 0,1ºC mas isso é coisa que se sinta?! - coincidindo com maior nº de manchas.

Conclusão: não pesco nadinha disto, está visto! Depois, se as tais manchas afinal significam aumento da radiação solar, produzindo até interferências electromagnéticas nas telecomunicações, esta 2ª conclusão parece mais lógica.

Mas quem num Gnomo ignaro assim se fia...

Rui leprechaun

(...não se queixe depois que ele mentia! :))


PS: Ao menos, se a ignorância confesso... castigo leve mereço! ;)

alf disse...

leprechaun

Quanto maior o numero de manchas, maior a energia radiada pelo Sol;

a curva de temperatura terrestre é obtida filtrando a energia recebida do sol por uma malha capacitiva, que é um modelo elementar do sistema climático terrestre; a curva resultante apresenta um atraso de 30 a 40 anos em relação à curva de actividade solar e os máximos e mínimos locais vêm desfasados no tempo em relação aos do sol.

Digamos que o sistema climático tem «inércia», responde com atraso, daí os picos locais não coincidirem.

A variação calculada de cerca de 0,15ºC de 1940 a 1990 parece muito pequena mas é preciso atender a duas coisas:
1 - porque a temperatura na zona equatorial é quase invariante, nas nossas latitudes a variação de temperatura média é várias vezes esse valor; e nas zonas polares será 10 a 20 vezes esse valor. Esse valor corresponde a uma variação entre 0,5 e 1 ºC nas nossas latitudes.
O aumento de temperatura média processa-se através de um alargamento das condições equatoriais e não de um aumento uniforme. No tempo dos dinossaurios, a temperatura no equador seria da ordem dos 30ºC e nos polos de 20º C

2- Este é um modelo muito simples, baseado em hipóteses conservadoras

Note que as medidas «oficiais» apontam para uma subida de 0,6ºC nesse periodo mas têm uma margem de erro mal conhecido, com grande peso das medidas nas nossas latitudes e talvez peso insuficiente das poucas medidas nas zonas equatoriais, que representam uma grande parte da área do planeta.

Quando fizer um livro terei de explicar melhor estas coisas... aqui estou muito condicionado pelo tamanho que um post pode ter...

leprechaun disse...

Ei! Encontrei agora um site muito interessante sobre os ciclos solares, não só este de 11 anos, mas outros ainda mais extensos até 200 anos: Gleissberg cycle of solar activity.

Claro que do misterioso dos 13 mil anos não falam, ainda bem, o povo já está alarmado que baste!

E também dizem que o Sol vai entrar num período mais calmo, depois destas 6 décadas mais activas. Logo, prevêem que o clima arrefeça, enfim... em quem é que a gente há-de acreditar?!

A mim tanto me faz, não faço férias na montanha nem na praia e não vou comprar nenhum capote alentejano nem calção de banho! :)

Mas estou a gostar disto do Sol, sempre é mais giro que esses tais fantasmagóricos bichos negros... irra! Olha, talvez ainda me torne um hélio especialista... sol à vista! Sempre dá para contrariar a turma do CO2 e fazer ao luar uma conquista... só nós dois, e depois?! ;)

alf disse...

Interessante o seu link

O problema das análises do sol é que há muitas e diferentes. Os dados são curtos em relação aos períodos.

Eu também tenho a minha. Lá iremos, daqui a algum tempo

UFO disse...

só para registo do link deste documento:
Orbital forcing of tree-ring data
http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate1589.html
publicado na Nature em 8/Jul/2012

Solar insolation changes...
cooling trend was stronger (−0.31 °C per 1,000 years, ±0.03 °C)

o comentário no WUWT
http://wattsupwiththat.com/2012/07/09/this-is-what-global-cooling-really-looks-like/

Their findings demonstrate that this trend involves a cooling of -0.3°C per millennium due to gradual changes to the position of the sun and an increase in the distance between the Earth and the sun.