Os modeladores do tempo e do clima entendem muito bem como os ventos sazonais e as correntes oceânicas afetam os padrões do El Niño no leste equatorial do Oceano Pacífico, impactando o clima nos Estados Unidos e às vezes em todo o mundo.

Mas novas simulações de computador mostram que um fator de ciclos climáticos anuais naquela região – em particular, uma língua fria de águas superficiais que se estendem para o oeste ao longo do equador da costa da América do Sul – não foi reconhecido: a mudança na distância entre a Terra e o Sol.

A língua fria, por sua vez, influencia o El Niño-Oscilação Sul (ENSO), que afeta o clima na Califórnia, grande parte da América do Norte e, muitas vezes, globalmente.

A distância Terra-Sol varia lentamente ao longo do ano porque a órbita da Terra é ligeiramente elíptica. Atualmente, em sua aproximação mais próxima — periélio — a Terra está cerca de 3 milhões de milhas mais perto do sol do que em seu ponto mais distante, ou afélio. Como resultado, a luz solar é cerca de 7% mais intensa no periélio do que no afélio.

Pesquisa liderada pela Universidade da Califórnia, em Berkeley, demonstra que a ligeira mudança anual em nossa distância do sol pode ter um grande efeito no ciclo anual da língua fria. Isso é distinto do efeito da inclinação axial da Terra sobre as estações, que atualmente é entendido como causador do ciclo anual da língua fria.

Como o período do ciclo anual decorrente dos efeitos de inclinação e distância são ligeiramente diferentes, seus efeitos combinados variam ao longo do tempo, disse o pesquisador principal John Chiang, professor de geografia da UC Berkeley.

"O curioso é que o ciclo anual do efeito da distância é um pouco mais longo do que o da inclinação - cerca de 25 minutos, atualmente - então, em um período de cerca de 11.000 anos, os dois ciclos anuais passam de fase para fora de fase, e a sazonalidade líquida sofre uma mudança notável, como resultado", disse Chiang.

Chiang observou que o efeito da distância já está incorporado nos modelos climáticos - embora seu efeito no Pacífico equatorial não tenha sido reconhecido até agora - e suas descobertas não alterarão as previsões meteorológicas ou as projeções climáticas. Mas o ciclo de fases de 22.000 anos pode ter tido efeitos históricos de longo prazo. Sabe-se que a precessão orbital da Terra afetou o tempo das eras glaciais, por exemplo.

O efeito da distância – e sua variação de 22.000 anos – também pode afetar outros sistemas climáticos da Terra. O ENSO, que também se origina no Pacífico equatorial, provavelmente é afetado porque seu funcionamento está intimamente ligado ao ciclo sazonal da língua fria.

"A teoria nos diz que o ciclo sazonal da língua fria desempenha um papel fundamental no desenvolvimento e término dos eventos ENSO", disse Alyssa Atwood, ex-bolsista de pós-doutorado da UC Berkeley que agora é professora assistente na Universidade Estadual da Flórida em Tallahassee. "Por causa disso, muitas das principais características do ENSO são sincronizadas com o ciclo sazonal."

Por exemplo, os eventos ENSO tendem a atingir o pico durante os invernos do Hemisfério Norte, disse ela, e normalmente não persistem além dos meses de primavera do norte ou boreal, que os cientistas chamam de "barreira de previsibilidade da primavera". Por causa dessas ligações, é razoável esperar que o efeito da distância também possa ter um grande impacto no ENOS – algo que deve ser examinado em estudos futuros.

"Pouquíssima atenção foi dada ao ciclo sazonal da língua fria porque a maioria das pessoas acha que está resolvido. Não há nada de interessante lá", disse Chiang. "O que esta pesquisa mostra é que não está resolvido. Ainda há um mistério aí. Nosso resultado também levanta a questão de saber se outras regiões da Terra também podem ter uma contribuição significativa do efeito de distância para seu ciclo sazonal."

“Aprendemos nas aulas de ciências desde a escola primária que as estações do ano são causadas pela inclinação do eixo da Terra”, acrescentou o coautor Anthony Broccoli, da Rutgers University. "Isso é certamente verdade e tem sido bem compreendido por séculos. Embora o efeito da distância Terra-Sol também tenha sido reconhecido, nosso estudo indica que esse 'efeito de distância' pode ser um efeito mais importante no clima do que havia sido reconhecido anteriormente. "

Chiang, Atwood e Broccoli e seus colegas relataram suas descobertas hoje na revista Nature .

O principal impulsionador das mudanças climáticas globais é a mudança sazonal. O equador da Terra é inclinado em relação à sua órbita ao redor do sol, de modo que os hemisférios norte e sul são iluminados de maneira diferente. Quando o sol brilha diretamente no norte, é mais quente no norte e mais frio no sul e vice-versa.

Essas mudanças anuais têm grandes efeitos sobre os ventos alísios equatoriais do Pacífico, que sopram de sudeste para noroeste através do Pacífico sul e equatorial e empurram as águas superficiais para o oeste, causando ressurgência de água fria ao longo do equador que cria uma língua de água superficial fria que se estende de Equador através do Pacífico – quase um quarto da circunferência do planeta.

As mudanças hemisféricas anuais na temperatura sazonal alteram a força dos comércios e, assim, causam um ciclo anual na temperatura da língua fria. Isso, por sua vez, tem uma grande influência no ENSO, que normalmente atinge o pico durante o inverno do Hemisfério Norte.

A ocorrência do El Niño – ou seu oposto, La Niña – ajuda a determinar se a Califórnia e a Costa Oeste terão um inverno úmido ou seco, mas também se o Centro-Oeste e partes da Ásia terão chuva ou seca.

"Ao estudar climas passados, muito esforço foi dedicado a tentar entender se a variabilidade no Oceano Pacífico tropical - ou seja, o ciclo El Niño / La Niña - mudou no passado", disse Broccoli. "Escolhemos focar no ciclo anual de temperaturas oceânicas na língua fria do Pacífico oriental. Nosso estudo descobriu que o momento do periélio - ou seja, o ponto em que a Terra está mais próxima do sol - tem uma influência importante no clima no Pacífico tropical."

Em 2015, Broccoli, codiretor do Rutgers Climate Institute, junto com seu então aluno de pós-graduação Michael Erb, empregou um modelo climático computacional para mostrar que as mudanças de distância causadas pela órbita elíptica da Terra alteraram drasticamente o ciclo anual da língua fria. Mas os modeladores climáticos ignoraram principalmente o resultado, disse Chiang.

"Nosso campo está focado no El Niño e pensamos que o ciclo sazonal estava resolvido. Mas depois percebemos que o resultado de Erb e Broccoli desafiava essa suposição", disse ele.

Chiang e seus colegas, incluindo Broccoli e Atwood, examinaram simulações semelhantes usando quatro modelos climáticos diferentes e confirmaram o resultado. Mas a equipe foi além para mostrar como funciona o efeito da distância.

A principal distinção é que as mudanças na distância do Sol à Terra não afetam os hemisférios Norte e Sul de forma diferente, que é o que dá origem ao efeito sazonal devido à inclinação axial da Terra. Em vez disso, eles aquecem o "hemisfério continental" oriental dominado pelas massas de terra da América do Norte e do Sul e da África e da Eurásia, mais do que aquece o Hemisfério Ocidental - o que ele chama de hemisfério marinho, porque é dominado pelo Oceano Pacífico.

“A maneira tradicional de pensar sobre as monções é que o Hemisfério Norte se aquece em relação ao Hemisfério Sul, gerando ventos na terra que trazem chuvas de monção”, disse Chiang. "Mas aqui, na verdade, estamos falando de diferenças de temperatura leste-oeste, não norte-sul, que causam os ventos. O efeito da distância está operando através do mesmo mecanismo das chuvas sazonais das monções, mas as mudanças de vento estão vindo deste leste. -monção do oeste."

Os ventos gerados por este aquecimento diferencial dos hemisférios marinho e continental alteram a variação anual dos alísios de leste no Pacífico equatorial ocidental e, portanto, a língua fria.

"Quando a Terra está mais próxima do sol, esses ventos são fortes. Na entressafra, quando o sol está mais distante, esses ventos ficam fracos", disse Chiang. “Essas mudanças de vento são então propagadas para o Pacífico Oriental através da termoclina e, basicamente, impulsiona um ciclo anual da língua fria, como resultado”.

Hoje, disse Chiang, o efeito da distância na língua fria é cerca de um terço da força do efeito de inclinação, e eles aumentam um ao outro, levando a um forte ciclo anual da língua fria. Cerca de 6.000 anos atrás, eles cancelaram um ao outro, produzindo um ciclo anual abafado da língua fria. No passado, quando a órbita da Terra era mais elíptica, o efeito da distância na língua fria teria sido maior e poderia ter levado a um cancelamento mais completo quando fora de fase.

Embora Chiang e seus colegas não tenham examinado o efeito de tal cancelamento, isso potencialmente teria um efeito mundial nos padrões climáticos.

Chiang enfatizou que o efeito da distância no clima, embora claro em simulações de modelos climáticos, não seria evidente a partir de observações porque não pode ser facilmente distinguido do efeito de inclinação.

"Este estudo é puramente baseado em modelos. Portanto, é uma previsão", disse ele. "Mas esse comportamento é reproduzido por vários modelos diferentes, pelo menos quatro. E o que fizemos neste estudo é explicar por que isso acontece. E no processo, descobrimos outro ciclo anual da língua fria que é impulsionado por excentricidade da Terra."

Atwood observou que, ao contrário das mudanças robustas no ciclo sazonal da língua fria, as mudanças no ENSO tendem a ser dependentes do modelo.

“Embora o ENSO continue sendo um desafio para os modelos climáticos , podemos olhar além das simulações de modelos climáticos para o registro paleoclimático para investigar a conexão entre as mudanças no ciclo anual da língua fria e o ENSO no passado”, disse ela. “Até o momento, os registros paleoclimáticos do Pacífico tropical foram amplamente interpretados em termos de mudanças passadas no ENSO, mas nosso estudo ressalta a necessidade de separar as mudanças no ciclo anual da língua fria das mudanças no ENSO”.

Os colegas de Chiang, além de Broccoli e Atwood, são Daniel Vimont, da Universidade de Wisconsin, em Madison; Paul Nicknish, ex-graduando da UC Berkeley, agora estudante de pós-graduação no Massachusetts Institute of Technology; William Roberts, da Northumbria University, em Newcastle-upon-Tyne, no Reino Unido; e Clay Tabor da Universidade de Connecticut em Storrs. Chiang realizou parte da pesquisa durante um período sabático no Instituto de Pesquisa para Mudanças Ambientais da Academia Sinica em Taipei, Taiwan.