O documento discute os principais fatores que influenciam a variabilidade climática natural e antropogênica ao longo do tempo, incluindo a tectônica de placas, erupções vulcânicas, variações na atividade solar e na órbita da Terra, além do aumento dos gases de efeito estufa devido às atividades humanas.

1. SISTEMA ATMOSFÉRICO PLANETÁRIO:
MITOS E “VERDADES”.
Alceu Raposo Junior
Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Geociências
Pós-Graduação em Geografia

2. Programa da aula de hoje
Objetivos: Levar ao aluno a refletir sobre os conceitos físico-químicos da
atmosfera e em especial sobre a possibilidade de vivenciar o direito do
contraditório, refletir sobre outros saberes, em especial a diversidade de
pensamentos com bases cientificas.
Planejamento da aula: Aula expositiva com ampla participação dos
alunos.
Duração da aula: 50 min.
Forma de avaliação: Não haverá avaliação nesta aula.
Recursos didáticos: Aula on line com uso e ferramentas como
PowerPoint e Teams.

3. Variabilidade Climática
• Variabilidade climática corresponde às variações nos padrões médios
climáticos em escalas temporais e espaciais (mudanças no desvio
padrão, ocorrência de extremos) que extrapolam um evento isolado
com tempo atípico
• A variabilidade pode ser causada por:
• Processos internos: processos que naturalmente fazem parte do
sistema climático;
• Processos externos: causas antropogênicas, por exemplo. Neste
caso esta definição fica mais próxima do conceito de mudança
climática.

4. y = 0,0248x + 20,151
R² = 0,6264
19,0
19,5
20,0
20,5
21,0
21,5
22,0
22,5
23,0
23,5
24,0
24,5
1910
1912
1914
1916
1918
1920
1922
1924
1926
1928
1930
1932
1934
1936
1938
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
(⁰C) Temperatura Média Anual do Municípiode Belo Horizonte entre 1910 e 2018
Dados Instrumentais
Normal 1961-1990
Linear (Dados Instrumentais)
Temperatura Média Anual –Normais
● 1911 – 1928  20,4°C
● 1931 – 1960  20,7°C
● 1961 – 1990  21,1°C
● 1986 – 2018  22,3°C
● 1911 – 2018  aumento de 1,9°C
Redução na amplitude térmica anual em 0,7°C
Declínio
Aumento
Declínio
Aumento
Aumento
Aumento
Declínio
Declínio
?
Oscilação, variabilidade ou Mudança
Climática?
16,5
17,5
18,5
19,5
20,5
21,5
22,5
23,5
24,5
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
(°C) TemperaturaMédiadoAr
1911-1928
1931-1960
1961-1990
1986-2018

5. Sistema Climático Global
As características do sistema climático em qualquer período depende de três fatores cruciais:
1) Input de energia solar;
2) A maneira pela qual esta energia é distribuída e absorvida sobre a superfície da Terra;
3) A natureza da interação dos processos entre os vários componentes do sistema climático.
Fonte: IPCC (2007)
O Sistema Terra Atmosfera Global

6.  Estudo do clima antes da difusão de
sistemas de monitoramento e coleta de
dados sobre temperatura, precipitação,
etc (~100 anos atrás).
 As informações paleoclimatológicas estão
bastante ligadas ao aparecimento da vida
na Terra uma vez que os fósseis são uma
fonte importante para reconstituir o
clima passado e a fotossíntese
transformou radicalmente a atmosfera
original do planeta.
Paleoclimatologia

7. Eras Geológicas

8. Dados de termômetros (vermelho) anéis de árvore,
corais, amostras de gelo, registros históricos (azul)
ano
http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/figspm-1.htm
Variação na temperatura da superfície da terra nos últimos 1000 anos

9. Clima
Fatores Extraterrestres
Emissões
Vulcânicas
Orogênese e
Epirogênese
Deriva
Continental
Trocas de Calor
Atmosfera / Oceanos
Composição
Atmosférica
Albedo
Atmosférico
Albedo
Superficial
Parâmetros
Orbitais
Poeira
Interestelar
Output Solar
Fatores Internos
GEEs +
Aerossois
Principals controladores do Sistema Climático Global

10. ● Acredita-se que a temperatura média da Terra tenha variado
bastante durante sua evolução.
● A figura acima mostra a variação da temperatura média da Terra de
acordo com Scotese (http://www.scotese.com)
Mudanças Climáticas Naturais

11. 1. Tectônica de Placas
O movimento dos continentes influenciou não apenas
o clima em locais específicos, como também afetou a
temperatura global ao redistribuir a radiação solar e/ou
proveniente das massas continentais devido a
alterações no tipo de vegetação/geleira que cobria a
Terra.
Mudanças Climáticas Naturais

12. Clima do período final do Devoniano (360 milhões de anos atrás)
• A Pangea começava
a se formar.
• O Canadá estava
coberto por florestas
tropicais
• A bacia Amazônica se
encontrava próxima
ao Pólo Sul, coberta
por gelo.

13. Clima no final do Carbonífero (300 milhões de anos atrás)
• Extensas florestas
cobriam as regiões
tropicais da Pangea, que
estava limitada ao norte
e ao sul por desertos.
Uma capa de gelo cobria
o Pólo Sul.

14. ● A mega-monção da
Pangea estava ativa
durante esse período.
● O interior da Pangea era
muito quente e seco.
Desertos cobriam o que
agora são as florestas
Amazônica e do Congo.
Clima do início e meio do Jurássico (150 milhões de anos atrás)

15. Mini era do Gelo.
Havia neve e gelo durante
os invernos e as florestas
temperadas cobriam as
regiões polares.
Clima do início do Cretáceo (100 milhões de anos atrás)

16. Clima do final do Cretáceo (70 milhões de anos atrás)
• O clima era mais
quente do que o de
hoje.
• Não existia gelo nos
pólos.
• Os dinossauros
migraram entre as
zonas temperadas
quente e fria,
conforme a mudança
de estação.

17. Clima do Oligoceno (30 milhões de anos atrás)
• Gelo cobria o Pólo
Sul, mas não o Pólo
Norte.
• Florestas
temperadas, com
temperaturas amenas
cobriam o norte da
Eurásia e da América
do Norte.

18. Clima do Mioceno (15 milhões de anos atrás)
• Clima parecido com o
de hoje, mas mais
quente.
• Os cinturões climáticos
eram bem definidos,
estendendo-se dos
Pólos ao Equador.

19. 2. Erupções vulcânicas
• A quantidade e localização de material ejetado à atmosfera por
vulcões provavelmente teve um impacto significativo no clima ao
longo das eras.
• Vulcões emitem gases de efeito estufa como CO2 e H2O, mas
também emitem SO2, que podem gerar partículas finas na
atmosfera. Essas partículas pequeninas podem refletir a
radiação solar, diminuindo a temperatura da superfície.

20. Forças naturais (erupções
vulcânicas e mudanças na
atividade solar
• Além da emissão de gases, uma
erupção vulcânica joga na
atmosfera aerossóis (partículas)
que podem causar um resfriamento
no clima global. A quantidade e
localização de material ejetado à
atmosfera por vulcões
provavelmente teve um impacto
significativo no clima ao longo das
eras.
• Vulcões emitem gases de efeito
estufa como CO2 e H2O, mas
também emitem SO2, que podem
gerar partículas finas na atmosfera.
Essas partículas pequeninas podem
refletir a radiação solar, diminuindo
a temperatura da superfície.
Causas Naturais da Variabilidade Climática- Erupções Vulcanicas

21. Tamanho da Terra
Imagem do dia 30 de março de 2001. Uma mancha solar é uma
região na superfície do sol com temperatura mais baixa devido á
ação de campos magnéticos no interior do sol. As temperaturas
da mancha estão entre 4000-4500 K, o que cria um contraste
com o arredor que tem temperaturas de 5700 K.
Mancha Solar (Sunspot)

22. Fonte: http://rst.gsfc.nasa.gov/
Fonte: http://ds9.ssl.berkeley.edu/
As manchas solares causam flutuações de output com ciclos
de 11, 22, 44 anos, etc. As labaredas solares também causam
flutuações a curto prazo na natureza.
Radiação Solar e Manchas Solares

23. 3. Variação solar

24. Ciclo de Milankovitch
Este ciclo que explica as diferenças na insolação terrestre devido
à mudanças no posicionamento da Terra em relação ao Sol é
uma das causas mais importantes na variabilidade climática
observada.

25. Conceitos Básicos
Clima Frio
• Maior cobertura de gelo e neve
• Maior albedo superficial
• Retração dos oceanos e diminuição do nível médio dos mares
• Aumento relativo dos continentes
• Menor quantidade de vapor d’água circulando na atmosfera
• Clima mais seco e árido
• Maior absorção de CO2 pelos oceanos
• Diminuição do efeito estufa
Clima Quente
• Menor cobertura de gelo e neve
• Menor albedo superficial
• Expansão dos oceanos e elevação do nível médio dos mares
• Maior quantidade de vapor d’água circulando na atmosfera
• Aumento dos totais pluviométricos
• Clima mais úmido
• Menor absorção de CO2 pelos oceanos
• Aumento do efeito estufa

26. 4. Variação da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch)
• Excentricidade: varia com um período de 100.000 anos.
Atualmente, a órbita da Terra é praticamente circular, mas
daqui a 50.000 anos, ela estará mais excêntrica, com
maiores diferenças entre o afélio (mais longe) e periélio
(mais perto).
• Precessão do periélio: atualmente, a Terra está mais perto
do sol (periélio) em Janeiro e mais longe (afélio) em Julho.
A variação do período do ano em que o periélio ocorre se
chama precessão do periélio.
• Precessão do equinócio: o eixo de rotação da Terra está
inclinado (23.5¼) com relação à orbita que nosso planeta
faz ao redor do sol. Esta inclinação pode variar entre
22.5¼ e 24.5¼ num período de 41.000 anos.
• A combinação destes ciclos leva à variação de radiação
solar que chega à Terra.

27. Obliquidade
Valor atual:
23.44°
Frequência:
41.000 anos
4. Variação da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch)

28. Precessão
Frequência:
19.000 - 23.000 anos
4. Variação da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch)

29. Ecentricidade
4. Variação da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch)

30. Modelo de Milankovitch
4. Variação da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch)

31. Forçante Radiativa
• As temperaturas da superfície e da atmosfera terrestre
dependem do balanço da energia que entra (radiação solar) e
a energia que sai (radiação terrestre).
• A superfície (continentes e oceanos) da Terra absorve a
radiação solar, aquecendo e re-emitindo radiação na faixa do
infravermelho. Em termos de média anual, a radiação solar
que incide sobre a Terra está em balanço com a radiação
terrestre que sai.
• Qualquer fator que altere este balanço pode afetar o clima.
• Forçante radiativa é qualquer variação no balanço de energia
disponível para o sistema global Terra-Atmosfera.
• Forçantes radiativas positivas tendem a aquecer a superfície da
Terra e a baixa atmosfera (aumento da concentração de gases
de efeito estufa).
• Forçantes negativas tendem a esfriá-las (material
particulado?).

32. Forçantes antropogênicas

33. CONSTITUINTES "NÃO VARIÁVEIS" DO AR ATMOSFÉRICO
Nitrogênio (N2)
Oxigênio (O2)
Argônio (Ar)
Neônio (Ne)
Hélio (He)
Metano (CH4)
Criptônio (Kr)
Hidrogênio (H2)
Xenônio (Xe)
Constituintes Conteúdo (% por volume) Peso Molecular
Nitrogênio (N2) 78,084 28,02
Oxigênio (O2) 20,948 32,00
Argônio (Ar) 0,934 39,88
Neônio (Ne) 0,001818 20,18
Hélio (He) 0,000524 4,00
Metano (CH4) 0,0002
Criptônio (Kr) 0,000114
Hidrogênio (H2) 0,00005 2,02
Xenônio (Xe) 0,000087
TOTAL 100,00
Constituintes Conteúdo (% por volume) Peso Molecular
Vapor d'água (H2O) 0 a 4,0 18,00
Dióxido de Carbono (CO2) 0,037 44,00
Ozônio (O3) 0 a 0,01 48,00
Dióxido de Enxofre (SO2) 0 a 0,0001
Dióxido de Nitrogênio (NO2) 0 a 0,000002
CONSTITUINTES "NÃO VARIÁVEIS" DO AR ATMOSFÉRICO
CONSTITUINTES "VARIÁVEIS" DO AR ATMOSFÉRICO
Gases
Estufa

34. Fonte: UNEP/GRID – Arendal`.
1°
2°
3°
4°
CO2
Concentração
até 100 vezes
inferior à do
vapor d’agua
Gases
Sintéticos

35. Fonte: UNEP/GRID – Arendal, www.grid.co.
1 Alterações na composição química e isotrópica da bolha de ar;
2 O aprisionamento da bolha de ar pelo gelo não é instantâneo,
lapso temporal de  1000 anos.
A metodologia dos cilindros de gelo é contestável, tende
a produzir concentrações de CO2 de 30% a 50% abaixo
dos valores reais:
Dioxído de Carbono (CO2)

36. Concentração de CO2 nos últimos 180 anos obtida por métodos químicos segundo Prof. Ernst Georg
Beck (2007)1. Os dados monstram que o nível de CO2 em 1827 e 1940 foram superiores aos atuais
379ppmv.
1Artigo disponível em http://www.physforum.com/index.php?showtopic=13436
Dioxído de Carbono (CO2)

37. Períodos Glaciais Períodos Interglaciais
15C

38. y = 0,03x + 14,997
R² = 0,7218
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
18,5
19,0
19,5
1910
1912
1914
1916
1918
1920
1922
1924
1926
1928
1930
1932
1934
1936
1938
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
(⁰C) Temperatura Mínima noMunicípio de Belo Horizonte entre 1910 e 2018
Temp. Min. Normal 1961 - 1990 Linear (Temp. Min.)
Temperatura Mínima Média Anual
● 1911 – 1928  15,2°C
● 1931 – 1960  16,3°C
● 1961 – 1990  16,7°C
● 1986 – 2018  18,0°C
● 1911 – 2018  aumento de 2,8°C
Tendências positivas persistentes de 1910 a 2018,
embora haja “rupturas” em determinados anos.
Influência da modificação
do uso e ocupação do solo
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
(°C) TemperaturaMínimadoAr
1911-1928
1931-1960
1961-1990
1986-2018

39. y = 0,0125x + 26,112
R² = 0,2479
24,0
24,5
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0 1910
1912
1914
1916
1918
1920
1922
1924
1926
1928
1930
1932
1934
1936
1938
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
(⁰C) Temperatura Máxima no Município de Belo Horizonte entre 1910 e 2018
Temp. Max Normal 1961-1990 Linear (Temp. Max)
Temperatura Máxima Média Anual
● 1911 – 1928  26,3°C
● 1931 – 1960  26,5°C
● 1961 – 1990  27,1°C
● 1986 – 2018  27,2°C
● 1911 – 2018  aumento de 0,9°C
Redução na temperatura máxima média mensal
entre 0,1°C e 0,5°C de 1961 a 2009 - exceto
jan, fev, abr e set.
Atuação de fenômenos
Atmosfera/Oceano como
ENOS, ODP, etc
23,5
24,0
24,5
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
29,5
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
(°C) TemperaturaMáximadoAr
1911-1928
1931-1960
1961-1990
1986-2018

40. y = -0,1116x + 76,017
R² = 0,3532
54,0
56,0
58,0
60,0
62,0
64,0
66,0
68,0
70,0
72,0
74,0
76,0
78,0
80,0
82,0
84,0
86,0
88,0
1910
1912
1914
1916
1918
1920
1922
1924
1926
1928
1930
1932
1934
1936
1938
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
(%) Umidade Relativa do Ar no Muncípio de Belo Horizonte entre 1910 e 2018
Dados Instrumentais
Normal 1961-1990
Linear (Dados Instrumentais)
Umidade Relativa Média Anual
● 1911 – 1928  73,2%
● 1931 – 1960  71,6%
● 1961 – 1990  72,2%
● 1986 – 2018  64,6%
● 1911 – 2018  redução de 8,6%
Tendências de queda na UR% de 1911 a 2018.
Reduções mais expressivas e persistente após
1980.
Influência da modificação
do uso e ocupação do solo
Declínio
Acentuado
55,0
57,0
59,0
61,0
63,0
65,0
67,0
69,0
71,0
73,0
75,0
77,0
79,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
(%)
Umidade Relativa do Ar
1911-1928
1931-1960
1961-1990
1986-2018

41. y = 0,6765x + 1473,1
R² = 0,0041
0,0
250,0
500,0
750,0
1000,0
1250,0
1500,0
1750,0
2000,0
2250,0
2500,0
2750,0
1910
1912
1914
1916
1918
1920
1922
1924
1926
1928
1930
1932
1934
1936
1938
1940
1942
1944
1946
1948
1950
1952
1954
1956
1958
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
(mm) Precipitação Acumulada Anual no Município de Belo Horizonte entre 1910 e 2018
Dados Instrumentais
Normal 1961-1990
Precipitação Anual
● 1911 – 1928  1564,4 mm
● 1931 – 1960  1473,4 mm
● 1961 – 1990  1491,3 mm
● 1986 – 2018  1546,4 mm
● 1911 – 2018  redução de 18,0mm
As modificações nos totais mensais são mais
expressivas em relação ao acumulado anual.
1963  497,5mm
1982  2509,8mm
2014  945,4mm
1934  959,9mm
1945  2268,3mm
1926  2217,8mm
0,0
30,0
60,0
90,0
120,0
150,0
180,0
210,0
240,0
270,0
300,0
330,0
360,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
(mm)
Precipitação AcumuladaMensal
1911-1928
1931-1960
1961-1990
1986-2018

42. Fonte: UNEP/GRID – Arendal, www.grid.co
Mudanças Climáticas Históricas
Mudanças Climáticas
Seculares ou Instrumentais
Mudanças
Climáticas
Geológicas
Fonte: http://www.neaq.org/
Mudanças Climáticas

43. A atividade solar atingiu o seu pico em abril de 2014. Um ciclo solar 24 excepcionalmente
baixo, com um máximo de 81,9 manchas por dia. Se as previsões de muitos físicos solares
estiverem corretas, o Sol poderá começar um período de baixa atividade para vários anos.
Fonte: http://www.attivitasolare.com/
Radiação Solar e Manchas Solares

44. Fonte: http://www.uwsp.edu
A erupção do Monte Piinatubo nas Filipinas em 1991 foi responsável pela queda da temperatura média
global em 0,5ºC entre 1991 e 1993. O aumento da opacidade atmosférica eleva o albedo e reduz a entrada
de energia solar.
Fonte: http://www.nasa.gov
Variações na Composição Atmosférica

45. Fonte: http://www.iea.sp.gov.br//
Fonte: https://movingimages.wordpress.com
O fenômeno El Niño-
Oscilação Sul (ENOS)
pode ser caracterizado
por uma oscilação
acoplada do oceano-
atmosfera, que produz
alterações na
temperatura superficial do
mar (TSM), na pressão
atmosférica, na circulação
e na convecção tropical,
principalmente no oceano
Pacífico, mas com
reflexos em muitos
lugares do planeta
(Teleconexões).
El Niño & La Niña

46. Fonte: https://climatedataguide.ucar.edu/
Oscilação Decadal do Pacífico
ODP Positivo (Fase Quente)  maior número de episódios de El Niño que tendem a ser mais intensos e menor frequência
de La Niñas que tendem a ser menos expressivas.
ODP Negativo (Fase Fria)  maior número de episódios de La Niña que tendem a ser mais intensos e menor frequência de
El Niños que tendem a ser curtos e rápidos.
PDO & ENSO

47. Fonte: http://www.ipcc.ch/
Modelos Climáticos e os Cenários do IPCC

48. Fonte: http://www.cmmap.org/
Feedbacks
São mecanismos físicos que
amplificam (feedback positivo) ou
reduzem (feedback negativo) a
magnitude da resposta do
sistema climático para um dado
forçamento radioativo.
Nos GCMs a informação está representada em pontos (nós) de uma
grade em 3D colocada sobre a superfície terrestre, resultante do
cruzamento da latitude, longitude e altitude.
As ferramentas adotadas para
obter e avaliar projeções
(cenários) climáticas passadas
e futuras são os modelos
numéricos de clima, que
podem ser: Modelos Globais
Atmosféricos (GCMs) ou
Modelos Globais Acoplados
Oceano-Atmosfera
(AOGCMs).
Modelos Climáticos – Características Gerais

49. Fonte: http://www.southwestclimatechange.org
1990 2001
2007
1996
Evolução Modelos Climáticos

50. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
Modelos Climáticos - Deficiências
Existem deficiências nos modelos numérios para representar alguns processos
físicos do sistema climático, tais como:
a) Dificuldade em reproduzir a temperatura média global e as diferenças
térmicas entre o Equador e os Polos;
b) Dificuldade em determinar a intensidade e o posicionamento das altas
pressões subtropicais e das correntes de jatos;
c) Deficiências em estimar os efeitos da nebulosidade em cenários futuros. A
maioria dos modelos não levam em consideração os tipos, formas,
consitiuição, distribuição e propriedades óticas das nuvens;
d) Deficiências sérias na modelagem e simulação do ciclo hidrológico. A
convecção profunda curto-circuita o efeito estufa, não permitindo que a
temperatura do planeta atinja valores elevados.
Modelos Climáticos - Deficiências

51. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
Modelos Climáticos - Incertezas
Existem fontes de incerteza nos modelos numérios para obter os cenários
futuros, dentre elas, destacam-se:
a) Incerteza nas emissões futuras de GEEs e aerossóis que afetam o
forçamento radioativo do sistema climático;
b) Incerteza na inclusão de efeitos diretos do aumento na concentração de
CO2 atmosférico nas plantas e do comportamento das plantas no clima
futuro;
c) Incerteza na sensibilidade do clima global e nos padrões regionais das
projeções simulado pelos modelos
d) Incerteza em relação à variabilidade natural do clima (parâmetros
orbitais, atividades solar e vulcânicas, etc).
Modelos Climáticos - Incertezas

52. Obrigado!