From 2016 to 2019, meteorologists saw record-breaking heat waves around the globe, rampant wildfires in California and Australia, and the longest run of category 5 tropical cyclones on record. The number of extreme weather events has been increasing for the last 40 years, and current predictions suggest that trend will continue. But are these natural disasters simply bad weather? Or are they due to our changing climate? To answer this question we need to understand the differences between weather and climate— what they are, how we predict them, and what those predictions can tell us.
De 2016 a 2019, os meteorologistas viram ondas de calor recordes em todo o mundo, incêndios florestais se alastrando na Califórnia e na Austrália e a série mais longa de ciclones tropicais de categoria 5 já registrada. O número de eventos climáticos extremos vêm aumentando nos últimos 40 anos, e as previsões atuais sugerem que essa tendência continuará. Mas esses desastres naturais são simplesmente mau tempo? Ou se devem a mudanças climáticas? Para responder a isso, precisamos entender as diferenças entre tempo e clima: o que são, como os prevemos, e o que essas previsões podem nos dizer.
Meteorologists define weather as the conditions of the atmosphere at a particular time and place. Currently, researchers can predict a region’s weather for the next week with roughly 80% accuracy. Climate describes a region’s average atmospheric conditions over periods of a month or more. Climate predictions can forecast average temperatures for decades to come, but they can’t tell us what specific weather events to expect.
Os meteorologistas definem tempo como as condições atmosféricas em um determinado momento e lugar. Atualmente, pesquisadores conseguem prever o tempo para a semana que vem com cerca de 80% de precisão. Clima descreve condições atmosféricas médias de uma região durante períodos de um mês ou mais. Previsões climáticas conseguem prever temperaturas médias para décadas futuras, mas não sabem nos dizer quais eventos climáticos específicos podemos esperar.
These two types of predictions give us such different information because they’re based on different data.
Esses dois tipos de previsões nos fornecem informações tão diferentes porque se baseiam em dados diferentes.
To forecast weather, meteorologists need to measure the atmosphere’s initial conditions. These are the current levels of precipitation, air pressure, humidity, wind speed and wind direction that determine a region’s weather. Twice every day, meteorologists from over 800 stations around the globe release balloons into the atmosphere. These balloons carry instruments called radiosondes, which measure initial conditions and transmit their findings to international weather centers. Meteorologists then run the data through predictive physics models that generate the final weather forecast.
Para prever o tempo, os meteorologistas precisam medir as condições atmosféricas iniciais: níveis atuais de precipitação, pressão do ar, umidade, velocidade e direção do vento que determinam o tempo de uma região. Duas vezes por dia, meteorologistas de mais de 800 estações ao redor do mundo lançam balões na atmosfera. Esses balões carregam instrumentos chamados de radiossondas, que medem condições iniciais e transmitem suas descobertas a centros meteorológicos internacionais. Os meteorologistas executam então os dados por meio de modelos físicos preditivos que geram a previsão do tempo final.
Unfortunately, there’s something stopping this global web of data from producing a perfect prediction: weather is a fundamentally chaotic system. This means it’s incredibly sensitive and impossible to perfectly forecast without absolute knowledge of all the system’s elements. In a period of just ten days, even incredibly small disturbances can massively impact atmospheric conditions— making it impossible to reliably predict weather beyond two weeks.
Infelizmente, há algo impedindo essa rede mundial de dados de produzir uma previsão perfeita: o tempo é um sistema fundamentalmente caótico, ou seja, é extremamente suscetível e impossível fazer uma previsão perfeita sem o conhecimento absoluto de todos os elementos do sistema. Em um período de apenas dez dias, mesmo perturbações incrivelmente pequenas podem impactar bastante as condições atmosféricas, tornando impossível prever o tempo com segurança para além de duas semanas.
Climate prediction, on the other hand, is far less turbulent. This is partly because a region’s climate is, by definition, the average of all its weather data. But also because climate forecasts ignore what’s currently happening in the atmosphere, and focus on the range of what could happen. These parameters are known as boundary conditions, and as their name suggests, they act as constraints on climate and weather.
A previsão do clima, por outro lado, é muito menos turbulenta. Em parte, isso ocorre porque o clima de uma região é, por definição, a média de todos os seus dados climáticos, mas também porque as previsões climáticas ignoram o que está acontecendo atualmente na atmosfera e se concentram na amplitude do que pode acontecer. Esses parâmetros são conhecidos como condições de contorno e, como o nome sugere, agem como restrições ao clima e ao tempo.
One example of a boundary condition is solar radiation. By analyzing the precise distance and angle between a location and the sun, we can determine the amount of heat that area will receive. And since we know how the sun behaves throughout the year, we can accurately predict its effects on temperature. Averaged across years of data, this reveals periodic patterns, including seasons.
Um exemplo de condição de contorno é a radiação solar. Ao analisar a distância e o ângulo exatos entre um local e o Sol, podemos determinar a quantidade de calor que essa área receberá. Como conhecemos o comportamento do Sol ao longo do ano, conseguimos prever com precisão seus efeitos sobre a temperatura. Em uma média de anos de dados, isso revela padrões periódicos, inclusive temporadas.
Most boundary conditions have well-defined values that change slowly, if at all. This allows researchers to reliably predict climate years into the future. But here’s where it gets tricky. Even the slightest change in these boundary conditions represents a much larger shift for the chaotic weather system. For example, Earth’s surface temperature has warmed by almost 1 degree Celsius over the last 150 years. This might seem like a minor shift, but this 1-degree change has added the energy equivalent of roughly one million nuclear warheads into the atmosphere. This massive surge of energy has already led to a dramatic increase in the number of heatwaves, droughts, and storm surges.
A maioria das condições de contorno tem valores bem definidos que mudam lentamente, se é que mudam. Isso permite aos pesquisadores prever com segurança anos climáticos no futuro. Mas é aqui que fica complicado. Mesmo a menor mudança nessas condições de contorno representa uma mudança muito maior para o sistema climático caótico. Por exemplo, a temperatura da superfície terrestre subiu quase 1 ºC nos últimos 150 anos. Isso pode parecer uma mudança de pouca importância, mas essa mudança de 1 ºC adicionou o equivalente de energia de cerca de 1 milhão de ogivas nucleares na atmosfera. Essa enorme onda de energia já levou a um aumento dramático no número de ondas de calor, secas e tempestades.
So, is the increase in extreme weather due to random chance, or changing climate? The answer is that— while weather will always be a chaotic system— shifts in our climate do increase the likelihood of extreme weather events.
Então, o aumento de condições climáticas extremas se deve ao acaso ou às mudanças climáticas? A resposta é que, embora o tempo seja sempre um sistema caótico, mudanças em nosso clima aumentam a chance de eventos climáticos extremos.
Scientists are in near universal agreement that our climate is changing and that human activity is accelerating those changes. But fortunately, we can identify what human behaviors are impacting the climate most by tracking which boundary conditions are shifting. So even though next month’s weather might always be a mystery, we can work together to protect the climate for centuries to come.
Cientistas concordam de modo quase unânime que nosso clima está mudando, e que a atividade humana está acelerando essas mudanças. Mas, felizmente, podemos identificar quais comportamentos humanos estão afetando mais o clima rastreando quais condições de contorno estão mudando. Mesmo que o tempo do mês que vem possa ser sempre um mistério, podemos trabalhar juntos para proteger o clima nos próximos séculos.