A célula de Walker e o El Niño

No post de hoje, vamos voltar a falar sobre El Niño e vamos conhecer sua relação com um padrão atmosférico chamado Circulação de Walker. Cortesia de Shutterstock

 

 

O que é a circulação de Walker (ou célula de Walker)?

A circulação de Walker é um modelo conceitual do fluxo de ar na troposfera (parte mais baixa da atmosfera,  os primeiros 20km aproximadamente) da região tropical. De acordo com este modelo, as parcelas de ar seguem uma circulação fechada nas direções zonal e vertical.

Esse modelo conceitual é aproximadamente consistente com as observações e é causada por diferenças na distribuição de calor entre o oceano e a terra. O termo “circulação Walker” foi cunhado em 1969 pelo meteorologista norueguês-americano Jacob Bjerknes em homenagem ao seu descobridor, o matemático Gilbert Walker.

A Figura 1 (a seguir) faz uma representação didática e sem escala da Célula de Walker. Observe que há locais em que temos movimento ascendente (baixa pressão em superfície, que favorece a formação de nuvens) e locais em que temos movimento descendente (alta pressão em superfície) que dificulta a formação de nuvens). A parte da Célula de Walker que corresponde aos ventos em superfície é o que chamamos de ventos alíseos.

 

 

Figura 1: Circulação de Walker em condições neutras (sem El Niño). Fonte: climate.gov

Observe também que a Figura 1 tem como indicativo o termo “Neutral Conditions” e está centrada no Oceano Pacífico. Essas informações serão mencionadas novamente ao longo do texo, mas é que a Figura 1 está representando uma situação em que não temos nem El Niño e nem La Niña.

A célula de Walker possibilita que algumas áreas sejam mais chuvosas que suas áreas relativamente vizinhas. Por exemplo, temos um ramo ascendente da célula de Walker em cima da Floresta Amazônica e temos uma região de movimento descendente (ou subsidente) no interior da Região Nordeste do Brasil. Essas localizações tem a ver com os locais em que temos ramo ascendente ou descendente da célula de Walker.

Como e quando Gilbert Walker descobriu a célula?

Gilbert Walker foi um pesquisador da área de Matemática Aplicada da Univeridade de Cambridge. Na época, o Reino Unido da Grã Bretanha ainda controlava a Índia (e tantos outros países e territórios). Em 1904 Walker tornou-se diretor-geral dos observatórios na Índia, onde estudou as características da monção do Oceano Índico. Walker teve interesse em estudar as monções depois que as intensas chuvas das monções de 1899 trouxeram muita fome ao país. Trabalhando como diretor-geral dos Observatórios, ele pode analisar uma grande quantidade de dados da Índia e de outros terriotórios britânicos. Seus esforços científicos permitiram uma maior contribuição sobre o fenômeno de monções e eu diria que ele foi um dos pioneiros a estudar de maneira sistemática o tempo e o clima de regiões de fora da Europa.

Walker determinou que a escala de tempo de um ano (que era usada por muitos que estudavam a atmosfera e ainda é, dependendo da aplicação) era imprópria porque as relações poderiam ser inteiramente diferentes dependendo da estação.  Dessa maneira, ele quebrou sua análise temporal em dezembro-fevereiro, março-maio, junho-agosto e setembro-novembro. Esse raciocínio é usado até hoje, quando por exemplo estudamos a estação chuvosa em parte do Brasil (nos locais onde chove de setembro a março).

Analisando os dados da Índia e das regiões vizinhas que o Reino Unido controlava e possuia estações meteorológicas, Walker então selecionou uma série de “centros de ação”, que incluiu áreas como a própria Península Indiana. Os centros estavam no coração de regiões com pressões altas e baixas sazonais ou permanentes.  Ele examinou as relações entre os valores de verão e inverno de pressão e precipitação, primeiro focalizando os valores de verão e inverno e mais tarde estendendo sua análise para a primavera e o outono.

Dessa maneira, Walker concluiu que as variações de temperatura são geralmente governadas por variações na pressão ou na precipitação. Anteriormente, haviam sugerido para Walker que manchas solares poderiam ser a causa das variações de temperatura, mas Walker argumentou contra essa conclusão mostrando correlações mensais de manchas solares com temperatura, ventos, cobertura de nuvens e chuva que eram inconsistentes.

Walker fez questão de publicar todas as suas conclusões de correlação, tanto as consideradas importantes quanto as consideradas não-importantes, com o objetivo de dissuadir os pesquisadores de se concentrarem em correlações que não existiam. E esse pensamento de Walker me leva a refletir sobre alguns pesquisadores que só publicam o que é considerado “sucesso” (ou seja, aquilo que corrobora a hipótese inicial) e se esquecem que o conhecimento também é construído a partir dos “erros” ou dos resultados que não estão em concordância com a hipótese inicial. A decisão de Walker foi muito importante, pois ajudou pesquisadores futuros a ‘mirarem’ na direção mais certa (e claro, puderam também questionar as correlações consideradas mais fracas).

Os “centros de ação” definidos por Walker que  estavam no coração de regiões com no coração de regiões com pressões altas e baixas sazonais ou permanentes nada mais são do que as regiões de alta e de baixa pressão discutidas quando falamos sobre a Figura 1. Usando dados meteorológicos e muito trabalho estatístico, Walker conseguiu determinar esses centros e dessa maneira, conseguiu sugerir que havia uma circulação em altos níveis associada com o que era visto na superfície, como consequência da famosa equação da continuidade.

Com o avanço da tecnologia nos métodos de observação (superfície, sobre o oceano, e altos níveis), com o desenvolvimento dos satélites meteorológicos e com o desenvolvimento dos modelos meteorológicos (i.e., desenvolvimento dos supercomputadores), as predições de Walker e de outros cientistas da área sobre a natureza dessa circulação mostraram-se verdadeiras.

A circulação de Walker não se trata de algo “fixo”, ou seja, ela sempre está parada no mesmo local. Há uma variação sazonal, na verdade uma espécie de deslocamento da célula de Walker. Vamos logo logo falar sobre El Niño e isso ficará mais claro.

Temo Célula de Walker x Circulação de Walker

Na literatura, aparecem os dois termos: Célula de Walker e Circulação de Walker. Apesar de aparentemente serem termos usados como sinônimos, minha opinião e a seguinte: temos a Circulação de Walker sendo composta por várias células. Observe novamente a Figura 1  e repare que ela é composta por 5 células fechadas. Para ficar claro o que quero dizer, vou reproduzir a Figura 1 abaixo, com minhas anotações:

Figura 2: Circulação de Walker em condições neutras (sem El Niño), com minhas anotações em números, indicando a quantidade de células que compõe a circulação toda. Fonte: climate.gov

Observe na Figura 2 que temos 5 ‘células’ de Walker que compõe algo maior, a Circulação de Walker. Vejam, essa é a meu jeito de se referir ao tema, não estou falando que é o único. E eu quis deixar isso claro pois daqui para frente, no texto, eu vou precisar dessa definição para conseguir explicar melhor.

A Circulação de Walker e os Oceanos: o El Niño e a La Niña

Na Figura 1 e na Figura 2 (que são iguais) podemos ver que temos 3 ramos ascendentes (setas para cima) da Circulação de Walker: no Oceano Pacífico bem ao norte da Austrália (entre os números 2 e 3 da Figura 2), no Oceano Pacífico relativamente mais próximo da costa da América do Sul (entre os números 4 e 5 da Figura 2) e na costa oriental do continente Africano (entre os números 1 e 5 da Figura 2).  A ‘força’ desses ramos ascendentes é representado na Figura 1 pelo tamanho da ‘nuvem’ representada e sendo assim, o ramo ascendente mais forte da Circulação Walker está localizado bem ao norte da Austrália (localizado entre os números 2 e 3 da Figura 2).

A Circulação Walker é basicamente uma circulação termicamente direta, ou seja, ela precisa das variações térmicas na superfície para funcionar. Onde estiver mais quente, teremos mais convecção e portanto mais movimento ascendente. Portanto, a grosso modo, quando a temperatura da superfície do oceano estiver maior, maior será o movimento ascendente. Ou seja, os ramos ascendentes da Célula de Walker poderão ficar mais fortes ou mais fracos dependendo da temperatura dos oceanos.

Durante episódios de El Niño (Figura 3), ocorrem modificações na Circulação de Walker quando a gente compara com anos neutros (Figura 1 e Figura 2). Com a elevação das temperaturas na costa oeste da América do Sul (observe na Figura 3 que o Oceano Pacífico, na costa oeste, está com anomalias positivas de temperatura), o ramo ascendente é deslocado e a convecção fica maior mais ou menos no meio caminho entre a América do Sul e a Oceania (ou seja, vai chover mais nessa região). E isso altera toda a configuração da Circulação de Walker, na medida que as outras células que compõe essa circulação se deslocam. Percebam o forte movimento subsidente nas Regiões Norte e Nordeste do Brasil: em anos de El Niño, em geral registra-se chuva abaixo da média climatológica nessas regiões brasileiras

Figura 3: Circulação de Walker entre Dezembro-Fevereiro em anos que ocorrem El Niño. As cores nos oceanos representam anomalias de temperatura na superfície dos mesmos. A cor laranja representa anomalia quente (anomalia positiva) e a cor azul, anomalia fria (anomalia negativa). Fonte: climate.gov

Ou seja, uma ‘simples’ mudança na temperatura do mar faz com que toda a Circulação de Walker se modifique. Como lindamente disse o Rodrigo nesse post, é como se o oceano e a atmosfera conduzissem uma dança, onde cada qual dá um passo por vez.

Vamos agora falar brevemente de La Niña (Figura 3). Observem como o padrão de anomalias na superfície dos oceanos se modifica. Na costa oeste da América do Sul, temos águas mais frias do que a média e essa situação vai dificultar a convecção sobre os oceanos nessa região. Um dos ramos ascendentes da circulação ficará sobre o norte do continente sulamericano, teremos portanto chuva acima da média em parte da Região Norte do Brasil. A chuva também será intensa na Indonésia e vizinhanças, pois a convecção ficará bem forte por lá, uma vez que a anomalia de temperatura do oceano será positivia naquela região.

Figura 3: Circulação de Walker entre Dezembro-Fevereiro em anos que ocorrem La Niña. As cores nos oceanos representam anomalias de temperatura na superfície dos mesmos. A cor laranja representa anomalia quente (anomalia positiva) e a cor azul, anomalia fria (anomalia negativa). Fonte: climate.gov

O El Niño/La Niña tem diversos efeitos socioeconômicos (afeta a produção de alimentos pois é responsável por secas/chuvas que tem relação com desastres naturais, por exemplo). Não é meu objetivo nesse post falar sobre esses efeitos, pois aqui quis mostrar a relação da Circulação de Walker com o  El Niño/La Niña.

Abaixo, deixo as Figuras 4 e 5 que mostram, do ponto de vista artístico, o que acontece com a temperatura dos oceanos durante eventos de La Niña (Figura 4) El Niño (Figura 5). Acredito que as imagens ajudarão a fixar essa questão das temperaturas do oceano. A seguir, apresento alguns links que me ajudaram a escrever esse post e que podem ser úteis para que meus leitores tenham mais informações sobre esses fenômenos.

 

Figura 4 – Padrão de La Niña: observe as águas mais frias na costa oeste da América do Sul. Cortesia de Shutterstock

 

Figura 5- Padrão de El Niño: observe as temperaturas mais quentes na costa oeste da América do Sul. Cortesia de Shutterstock

 

 

 

Fontes (além dos links ao longo do texto):

The Walker Circulation: ENSO’s atmospheric buddy

Guestpost do Dr. Rodrigo Bombardi sobre El Ninõ

Walker Circulation – Wikipedia

El Niño e La Niña: um pouco mais sobre esses fenômenos

Springer

Study.com

Departamento de Ciencias de la Atmósfera – Udelar