Estudo da influência solar e cosmogênica na variabilidade da temperatura da superfície terrestre - Williamary Portugal (2018)
Esta Tese de Doutorado apresenta um estudo sobre os possíveis efeitos da variação do fluxo dos Raios Cósmicos Galácticos (GCR), modulados pela atividade magnética solar, e consequentemente da ionização atmosférica induzida, em parâmetros como a temperatura da superfície terrestre, em diferentes faixas latitudinais e em diferentes escalas de tempo. Para tanto, o trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa foram realizadas análises estatísticas da variação da temperatura do ar próximo à superfície em diferentes regiões latitudinais (baixa, média e alta) em curta escala de tempo, durante períodos de decréscimos transientes da ionização induzida pelos GCR na atmosfera terrestre. Estas reduções dos fluxos de GCR são chamadas de Decréscimos de Forbush (FD), e são principalmente causadas pela deflexão dos GCR devido a uma Ejeção de Massa Coronal (CME) em torno da órbita terrestre. O estudo foi realizado considerando a possível influência da ionização atmosférica cosmogênica nos padrões de condensação do vapor d'água (conexão GCR - núcleo de condensação de nuvens) como principal hipótese a ser testada. A análise de épocas superpostas em torno dos dez eventos de FD mais intensos ocorridos entre 1987 e 2015 foi utilizada para investigar os possíveis efeitos dos GCR na temperatura do ar próxima à superfície. Dados de GCR foram adquiridos do monitor de nêutrons de Oulu (cosmicrays.oulu.fi), e os dados de temperatura da superfície adquiridos da Administração Nacional Atmosférica Oceânica (NOAA) / Sumário Diário Global da Superfície (GSOD), de dez estações meteorológicas de três cinturões latitudinais dos Hemisférios Norte e Sul (200 - 300, 400 - 500 e 600 - 700), disponível em https://data.noaa.gov/dataset/global-surface-summary-of-the-day-gsod. Foi investigada aqui a variação da média diária da temperatura da superfície durante os eventos de FD para cada um dos três cinturões latitudinais dos dois hemisférios. Os efeitos climáticos possíveis do decréscimo de GCR foram considerados usando métodos de correlação linear e cruzada. A comparação entre a média diária da temperatura da superfície durante os eventos de FD e equivalentes períodos sem FDs (durante mínimo solar dos anos de 1987, 1996 e 2008) também foi realizada e o teste de sua significância analisado por meio do método estatístico de hipótese e significância t de Student. Alguns resultados para o Hemisfério Norte, nessa primeira etapa, apresentaram uma dependência latitudinal da ionização induzida pelos GCR nos parâmetros atmosféricos. Foi possível notar no Hemisfério Norte a anti-correlação entre a temperatura média da superfície e o fluxo de GCR, aumentando das baixas para altas latitudes. No entanto, para o Hemisfério Sul, a anti-correlação entre esses dados foi encontrada somente para alta e média latitudes, também com aumento em direção ao polo. A partir desses resultados percebeu-se que o efeito de FD no clima da Terra é mais proeminente no Hemisfério Norte e que existe um aumento desse efeito com a latitude. Na segunda etapa, foi realizado um estudo de longas escalas de tempo referente aos possíveis efeitos dos GCR e consequentemente da variabilidade da ionização atmosférica induzida por essas partículas, modulada pela atividade x magnética solar, em parâmetros atmosféricos como a temperatura da superfície terrestre e da superfície do oceano. Para tanto foram utilizados dados de Rz, F10.7 e de GCR, e de anomalias de temperatura da superfície e de temperatura superfície-oceano de diversas faixas latitudinais do globo (média Global, média do Hemisfério Norte, média do Hemisfério Sul, 240 N - 240 S, 240 N - 440 N, 440 N - 640 N, 640 N - 900 N, 240 S - 440 S, 440 S - 640 S, 640 S - 900 S). Além disso, também foram utilizados dados de SOI (Southern Oscilation Index - Índice de Oscilação Sul) e de QBO (Quasi Biennial Oscillation - Oscilação Quase Bianual) estratosférica para os níveis de pressão 30 hPa, 50 hPa e 70 hPa, para investigar qualquer influência no clima. Para as análises dos resultados obtidos nessa segunda etapa foram utilizados o método de análise de ondeletas do tipo Meyer e o de análise espectral de regressão iterativa de séries temporais (ARIST), na busca das periodicidades mais evidentes em todas as bandas decompostas, além da análise estatística de correlação cruzada para verificação da correlação e o tempo de resposta da influência de um dado no outro. Os resultados mostraram uma relação positiva entre a temperatura da superfície / superfície - oceano e a atividade solar, e uma antirrelação desse parâmetro climático com o fluxo de GCR, que prevaleceu durante o ciclo de 22 anos. Como na análise de curta escala de tempo, nessa análise de longa escala temporal algumas diferenças ocorreram entre as relações dos dados do Hemisfério Norte e do Hemisfério Sul, reforçando a ideia dos efeitos regionais. As periodicidades referentes aos ciclos solares (11 e 22 anos), à El Niño Oscilação Sul (ENSO - El Niño Southern Oscillation) de 2 a 7 anos, à QBO estratosférica (2 - 3 anos) e aos períodos de variação climática como por exemplo o de 30 anos foram encontrados nos dados de anomalia de temperatura. A amplitude do sinal de 22 anos de atividade solar mostrou-se mais evidente que a de 11 anos e a da maioria dos outros sinais na análise espectral da anomalia da temperatura. Com todas as análises e resultados aqui presentes, esse estudo trouxe à tona uma complexa relação climática, com fatores que variam no tempo e no espaço e que portanto, podem interferir no tempo/clima terrestre de modo regional de acordo com a escala de tempo estudada. Portanto, faz-se necessário uma constante investigação para que se chegue a um entendimento mais completo dessa relação, levando à compreensão de como de fato tem ocorrido a evolução da vida na Terra. Isso também auxiliará para a previsões de determinadas situações climáticas extremas, das quais as consequências, que interferem diretamente em todas as formas de vida, podem vir a serem ao menos minimizadas.