Os ensembles de Gibbs em Dinamica do Clima
By: Carlos da Camara
From: Instituto D. Luiz
At: Complexo Interdisciplinar, Anfiteatro
[2007-02-14]
Do ponto de vista operacional, o Clima e definido como um conjunto de estatisticas – tais como a media, a variancia e outros momentos centrados de ordem mais elevada e, ainda, os extremos –, de parametros observacionais que caracterizam a estrutura e o comportamento de Atmosfera, bem como as estatisticas de outros parametros considerados relevantes para a caracterizacao dos sistemas adjuntos, nomeadamente a Hidrosfera, a Criosfera, a Litosfera e a Biosfera [1]. No entanto, esta definicao “classica” de Clima apresenta alguns inconvenientes importantes [2], nomeadamente quando se encara o Clima como uma entidade que evolui no tempo. Por um lado, tem-se o problema da definicao do intervalo de tempo onde se definem os momentos estatisticos; se o intervalo for demasiado curto, as estatisticas irao reflectir o efeito das flutuacoes rapidas associadas aos fenomenos meteorologicos; se for infinito, estar-se-a perante a impossibilidade de encarar o clima como um sistema em evolucao. Nesta conformidade, o periodo de 30 anos, estabelecido pela Organizacao Meteorologica Mundial, representa um compromisso numa base meramente empirica. Por outro lado, tem-se o problema bem mais complexo de se ter de considerar intervalos de tempo pre-definidos quando se pretende estudar as respostas do Sistema Climatico a alteracoes nos forcamentos externos, sejam antropogenicas, sejam de origem natural.
Uma forma alternativa de definir Clima e a de o encarar como um sistema dinamico e adoptar um ponto de vista de “ensemble” onde, em vez de se focar a atencao n“o” clima observado, se considera um numero elevado de “Terras”, cada uma sujeita as mesmas influencias externas – igual forcamento solar, identica orografia, a mesma distribuicao de continentes e oceanos, etc. Este ponto de vista – que se tem revelado deveras frutuoso – foi, de facto, inspirado no conceito de “ensemble” definido por Gibbs em Mecanica Estatistica [3]; os movimentos microscopicos das moleculas do gas correspondem as flutuacoes meteorologicas, enquanto as propriedades macroscopicas – tais como a temperatura e a pressao – correspondem as alteracoes climaticas. De acordo com tal ponto de vista, encarar o Clima como definido por um “ensemble” estatistico corresponde a substituir as trajectorias individuais no espaco de fases por um conjunto de estatisticas de um elevado numero de trajectorias, cada qual assumidamente consistente com “o” clima observado [4]. Neste caso – e na medida em que existe apenas “uma” Terra e, consequentemente, apenas “um” clima observado –, o conceito de “ensemble” nao sera acessivel atraves de observacoes directas. No entanto, pode-se formular uma aproximacao ao conceito recorrendo a modelos numericos capazes de gerar um numero elevado de “trajectorias de estados de tempo” e estudando, em cada instante, as respectivas distribuicoes de probabilidade que caracterizam o “clima associado” a esse instante.
[1] Peixoto, J.P. and A. H. Oort, 1992. Physics of Climate, American Institute of Physics, New York, 520 pp.
[2] Leith, C.E., 1978. “Predictability of climate”, Nature, 276, 352-355
[3] Reif, F., 1965. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraw-Hill, New York, 651 pp.
[4] Smith, L.A., 2002. “What might we learn from climate forecasts”, Proceedings of the
National Academy of Sciences of the United States of America, 99, Suppl. 1, 2487-2492.