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| Furacões sob controle | ||||||
| Pesquisadores buscam meios de enfraquecer esses fenômenos devastadores ou de desviá-los de seu curso para salvar vidas e bens | ||||||
| por Ross N. Hoffman | ||||||
Será que essas forças da natureza estarão eternamente fora de nosso controle? Eu e meus colegas de pesquisa achamos que não. Queremos aprender a empurrar os furacões para rotas mais convenientes ou neutralizá-los. Embora esse objetivo provavelmente esteja a décadas de distância, nossos resultados mostram que não é cedo demais para estudar as possibilidades. Para começar a pensar em controlar furacões, os pesquisadores terão de prever com muita exatidão o curso de uma tempestade, identificar as alterações físicas (na temperatura do ar, por exemplo) que influenciam seu comportamento e encontrar meios de provocar mudanças. Esse trabalho ainda está engatinhando, mas simulações feitas em computador nos últimos anos indicam que essas modificações um dia serão factíveis. E exatamente o que torna qualquer previsão do tempo tão difícil - a extrema sensibilidade da atmosfera a pequenos estímulos - pode ser a chave para controlar os violentos ciclones tropicais. Nossa primeira tentativa de influenciar o curso de um furacão simulado, fazendo pequenas mudanças no estado inicial da tempestade, por exemplo, mostrou-se bastante positiva, e os resultados seguintes continuaram favoráveis. Para entender por que os furacões e outras tempestades tropicais são suscetíveis à intervenção humana, é preciso compreender sua natureza e suas origens (ver ilustração nas págs. seguintes). Os furacões nascem como um conjunto de tempestades sobre oceanos equatoriais. Os mares tropicais fornecem permanentemente calor e água à atmosfera, produzindo ar quente e úmido sobre a superfície. Quando esse ar se eleva, o vapor presente nele se condensa formando nuvens e causando precipitação. A condensação libera calor - o calor utilizado para fazer a água da superfície do oceano evaporar. O calor latente de condensação deixa o ar mais leve, o que o faz subir ainda mais, num processo de auto-reforço conhecido como feedback positivo. Finalmente, a depressão tropical começa a se organizar e se fortalecer, formando o famoso olho do furacão - o centro calmo em torno do qual a tempestade gira. Quando o furacão alcança a terra, as fontes de água e calor que o sustentam são cortadas, o que leva a seu rápido enfraquecimento. | ||||||
| Como o furacão tira a maior parte de sua energia do calor liberado quando o vapor que está sobre o oceano se condensa na forma de nuvens e chuva, os primeiros pesquisadores que sonharam domar esses gigantes se dedicaram a tentar alterar o processo de condensação, utilizando técnicas de semeadura de nuvens - a única maneira prática, na época, de influenciar o fenômeno. No início da década de 1960, um conselho científico indicado pelo governo dos EUA, chamado projeto Stormfury (fúria temporal), realizou uma série de experiências corajosas (ou talvez irresponsáveis) para descobrir se esse método funcionava. A idéia do Stormfury era retardar o desenvolvimento de um furacão aumentando a precipitação na primeira faixa de chuva no exterior da parede do olho. Eles tentaram atingir esse objetivo semeando essas nuvens com iodeto de prata lançado de aeronaves, na esperança de que o material particulado servisse como núcleo para a formação de gelo. Isso seria possível porque o vapor ficaria super-resfriado depois de chegar às áreas mais frias e elevadas da tempestade. Se tudo corresse como o previsto, as nuvens cresceriam mais rápido, consumindo o suprimento de ar quente e úmido da superfície do oceano - ar que normalmente alimenta a parede em expansão. Esse processo aumentaria o raio do olho, reduzindo a intensidade do furacão, mais ou menos como um patinador que abre os braços para diminuir a velocidade de seus giros. Os resultados do projeto Stormfury foram no mínimo ambíguos. Hoje, os meteorologistas já não consideram o iodeto de prata um semeador eficiente de nuvens em furacões, porque, ao contrário do que se acreditava, as tempestades contêm pouco vapor super-resfriado. Clima Caótico Nossos estudos atuais se desenvolveram a partir de uma intuição que tive há 30 anos, quando estava na pós-graduação e estudava a teoria do caos. Um sistema caótico parece se comportar aleatoriamente, mas, na verdade, é comandado por regras. Também é muito sensível às suas condições iniciais, de modo que estímulos aparentemente insignificantes e arbitrários podem ter efeitos profundos, que levam rapidamente a conseqüências imprevisíveis. No caso dos furacões, pequenas diferenças em características como a temperatura do oceano, a localização das correntes de vento (que dirigem o movimento das tempestades) ou até a forma das nuvens que giram em torno do olho podem influenciar bastante sua rota e sua violência. | ||||||
| A grande sensibilidade da atmosfera a influências minúsculas - e a combinação de pequenos erros em modelos de previsão meteorológica - torna muito difícil fazer previsões com grande antecedência. Mas essa sensibilidade também me fez imaginar se a aplicação intencional de pequenas alterações em um furacão seria capaz de produzir efeitos poderosos o bastante para influenciar as tempestades, seja desviando-as de centros habitados, seja reduzindo a velocidade dos ventos. Naquela época, não pude pôr em prática essas idéias, mas na década passada a simulação digital e as tecnologias de detecção remota progrediram o suficiente para renovar meu interesse pelo controle climático em grande escala. Com financiamento do Instituto para Conceitos Avançados da Nasa, eu e meus colegas da Atmospheric and Environmental Research (AER), consultoria de pesquisa e desenvolvimento, estamos desenvolvendo modelos detalhados de furacões e tentando identificar o tipo de ação que poderá ser testada na vida real. Simulamos os efeitos de furacões passados e depois testamos o resultado de várias intervenções, observando as alterações nas tempestades virtuais. Modelos da Atmosfera Mesmo os melhores programas de previsão meteorológica da atualidade deixam muito a desejar quando se trata de fazer modelos dessas tempestades. Os modelos dependem de métodos numéricos que simulam o desenvolvimento do furacão, computando as condições atmosféricas estimadas em passos breves e sucessivos. Os cálculos se baseiam no pressuposto de que, dentro da atmosfera, não há criação ou destruição de massa, energia, momento e umidade. Em um sistema fluido, como um furacão, essas quantidades são carregadas pelo fluxo da tempestade. Quem trabalha com essas modelagens define o estado atmosférico como uma especificação completa das variáveis físicas (pressão, temperatura, umidade relativa, velocidade e direção do vento). Essas quantidades correspondem às propriedades físicas conservadas, nas quais as simulações se baseiam. Na maioria dos modelos climáticos, elas são definidas numa representação tridimensional em grade da atmosfera, sendo possível mapear cada propriedade nas diferentes elevações. "Estado modelo" é o nome dado à coleção de valores de todas as variáveis em todos os pontos da grade. Para gerar uma previsão, o modelo avança várias vezes o estado modelo, numa passagem curta (de alguns segundos a alguns minutos, dependendo das escalas de movimento que o modelo consegue enxergar). Calcula os efeitos, a cada passagem de tempo, dos ventos carregando as várias propriedades atmosféricas, e também os processos de evaporação, chuva, atrito superficial, resfriamento de infravermelho e aquecimento solar que ocorrem na área de interesse. | ||||||
| Infelizmente, as previsões são imperfeitas. Em primeiro lugar, o estado inicial do modelo é sempre incompleto e inexato. O do furacão é particularmente difícil de definir porque as observações diretas são escassas e complicadas. Mas sabemos, por imagens de satélite, que os furacões têm estruturas complexas e detalhadas. Em segundo lugar, os modelos de tempestades tropicais violentas são propensos ao erro. Escalas de distâncias menores que as da grade (o menor espaço no mapa do modelo) não são representadas, por exemplo. Com uma resolução não muito alta, a estrutura do furacão perto da parede do olho - o ponto mais importante - fica embaçada. Além disso, os modelos, assim como a atmosfera que simulam, comportam-se de modo caótico. Apesar de suas limitações, essa tecnologia nos dá lições valiosas sobre como pode ser possível controlá-los. Para nossas experiências, modificamos um método chamado assimilação de dados variacional quadridimensional (4DVAR). A quarta dimensão à qual o nome se refere é o tempo. Pesquisadores do Centro Europeu para Previsões do Tempo de Médio Prazo, um dos melhores centros meteorológicos do mundo, usam essa técnica nas previsões diárias. Para utilizar da melhor maneira possível todas as informações coletadas por satélites, barcos, bóias e sensores aéreos antes do início da previsão, o 4DVAR combina essas medidas com uma "primeira suposição" do estado atmosférico inicial, processo conhecido como assimilação de dados. Esse primeiro palpite normalmente é uma previsão de seis horas. Juntam-se os dados reais a esse primeiro palpite para iniciar a próxima previsão de seis horas. Na teoria, a assimilação de dados produz a melhor aproximação possível do clima real, por levar em conta as incertezas tanto das observações diretas quanto da previsão de seis horas. Apesar de a base estatística dessa técnica ser evidente, as suposições e a informação necessária para sua aplicação adequada são apenas aproximadas. Por isso, na prática, a assimilação de dados é metade ciência e metade arte. O 4DVAR encontra um estado atmosférico que satisfaça as equações do modelo e que ao mesmo tempo esteja próximo tanto da suposição inicial quanto das observações reais. Para isso, reajusta o estado do modelo original do início do primeiro intervalo de seis horas de acordo com a diferença entre as observações e a simulação do modelo feita durante aquele período. O sistema emprega essas diferenças para calcular a sensibilidade do modelo, ou seja, como pequenas mudanças poderiam afetar a adequação da simulação às observações. Esse cálculo vai voltando no tempo, ao longo do intervalo de seis horas. Depois, um programa de otimização escolhe os melhores ajustes para o estado modelo original, com o intuito de obter uma simulação que reproduza mais de perto o avanço do furacão real. Já que esse ajuste é feito por uma aproximação das equações do modelo, o processo todo tem de ser repetido várias vezes para aperfeiçoar os resultados. Quando a simulação é completada, as condições no fim do período de seis horas fornecem a primeira estimativa para o intervalo seguinte. | ||||||
| Depois de simular um furacão do passado, podemos mudar uma ou mais características e analisar os efeitos dessas interferências. A maioria dessas alterações simplesmente some. Só as intervenções com características especiais - um padrão ou uma estrutura específicos que induzem ao auto-reforço - desenvolvem-se o suficiente para ter influência grande na tempestade. É como uma corda de violino vibrando: ela pode ser tensionada de várias formas, mas só responderá de modo forte e ressonante a algumas poucas execuções harmônicas. Nosso desafio é encontrar as alterações certas no furacão que provoquem uma resposta significativa. Tempestade Calma Para descobrir se a sensibilidade do sistema atmosférico pode ser explorada para modificar furacões, nossa equipe fez experiências simulando dois deles. Quando o furacão Iniki passou sobre a ilha havaiana de Kauai em setembro de 1992, várias pessoas morreram, os danos materiais foram enormes, florestas inteiras ficaram arrasadas. O furacão Andrew, que atingiu a Flórida ao sul de Miami no mês anterior do mesmo ano, devastou a região. Surpreendentemente, dadas as imperfeições das tecnologias de previsão do tempo, nossa primeira simulação foi um sucesso imediato. Para alterar a rota do Iniki, escolhemos primeiro um local onde queríamos que o sistema estivesse seis horas depois - a cerca de 100 km do esperado. Então, usamos esse alvo para criar observações artificiais e as inserimos no 4DVAR. O computador calculou qual seria a menor alteração no conjunto inicial das propriedades do furacão passível de produzir uma movimentação que levasse ao nosso alvo. Nessa experiência inicial, permitimos a ocorrência de qualquer tipo de alteração artificial. As modificações mais significativas foram na temperatura inicial e nos ventos. Os ajustes de temperatura mais comuns foram de décimos de grau, mas a mudança mais importante - um aumento de quase 2oC - ocorreu na camada mais baixa do modelo, a oeste do centro da tempestade. Os cálculos produziram alterações de 3 a 5 km/h na velocidade dos ventos. Em alguns locais, as velocidades chegaram a mudar em até 30 km/h, por causa de pequenos redirecionamentos dos ventos perto do centro da tempestade. | ||||||
| Apesar de a versão digital modificada do Iniki parecer quase idêntica à original em termos de estrutura, as alterações nas principais variáveis foram grandes o suficiente para que o furacão virtual se desviasse para o oeste por seis horas, e depois fosse para o norte, poupando Kauai dos ventos mais destruidores. Aquelas alterações relativamente pequenas nas condições iniciais permearam o conjunto complexo de equações não-lineares resultando na localização desejada depois de seis horas. Ficamos confiantes de que estávamos no caminho certo. Nas simulações seguintes, usamos resoluções de grade mais altas para modelar o furacão e configuramos o 4DVAR para minimizar os danos materiais. Em uma experiência com o código modificado, calculamos o incremento de temperatura necessário para limitar o vento de superfície do furacão Andrew quando atingiu a costa da Flórida. Nossa meta era fazer modificações mínimas na temperatura inicial (para facilitar a execução real) e reduzir a intensidade dos ventos destrutivos nas duas últimas horas do intervalo de seis. Nesse período, o 4DVAR determinou que o melhor modo de conter o vento seria fazer as maiores alterações na temperatura inicial perto do olho do furacão. Nesse caso, a simulação definiu mudanças de até 3oC, mas em apenas alguns locais. Modificações menores na temperatura (de menos de 0,5oC) estendiam-se a até 1.000 km do olho. Essas interferências provocam um padrão de anéis alternados de calor e frio, com centro no furacão. Apesar de só a temperatura ter sido modificada, todas as principais variáveis rapidamente divergiram da tempestade original. Na simulação do furacão verdadeiro, ventos com potencial de destruição (com velocidade acima de 80 km/h) varreram o sul da Flórida no fim das seis horas. No modelo alterado, isso não ocorreu. Para testar a solidez desses resultados, aplicamos as mesmas alterações a um modelo mais sofisticado, com resolução maior. Obtivemos resultados muito parecidos. Isso indica que perturbações "sob encomenda" podem realmente levar às conseqüências desejadas. Depois de seis horas, porém, os ventos destruidores reapareceram na simulação alterada, portanto outras intervenções seriam necessárias para manter o sul da Flórida a salvo. Aparentemente, para controlar de verdade um furacão, seria necessária uma série de perturbações planejadas. Ajuda Solar Se é verdade, como sugerem nossos resultados, que pequenas alterações na temperatura de um furacão podem desviar seu rumo para direção previsível ou reduzir a velocidade dos ventos, a dúvida é: como fazer essas intervenções? É claro que ninguém consegue modificar a temperatura em algo tão grande como um furacão de uma vez só. Mas pode ser possível aquecer o ar em volta do furacão, ajustando a temperatura geral com o tempo. | ||||||
| Nossa equipe pretende fazer experiências nas quais calcularemos com exatidão o padrão e a intensidade do aquecimento atmosférico necessário para amenizar a força de um furacão ou alterar seu curso. Sem dúvida, isso exigiria uma energia imensa, mas talvez fosse possível lançar mão de estações orbitais de energia solar para suprir essa necessidade. Com espelhos gigantescos, esses satélites concentrariam a luz do sol em células solares e transmitiriam a energia coletada para receptores de microondas em terra. Os projetos atuais para estações de energia solar prevêem que elas emitiriam microondas em freqüências que passariam pela atmosfera sem aquecê-la, de modo a não desperdiçar energia. Para controlar o clima, no entanto, o ajuste das microondas para freqüências que sejam mais absorvidas pelo vapor poderia aquecer níveis diferentes da atmosfera, conforme o desejado. Como as gotas da chuva absorvem muito as microondas, as partes do furacão que ficam envoltas e cobertas por nuvens de chuva ficariam sob uma espécie de escudo, e portanto não poderiam ser aquecidas dessa maneira. Nos nossos experimentos anteriores, o 4DVAR revelou grandes mudanças de temperatura exatamente onde o aquecimento por microondas não funcionaria. Por isso, fizemos uma experiência na qual obrigamos a temperatura no centro do furacão a ficar constante. Os resultados finais foram parecidos com os originais, mas, para compensar a preservação da temperatura inicial no centro da tempestade, as outras alterações de temperatura tiveram de ser maiores. Outro método para modificar tempestades tropicais violentas seria limitar diretamente a disponibilidade de energia, cobrindo a superfície do oceano com uma fina camada de óleo biodegradável, a fim de reduzir a evaporação. Os furacões também poderiam ser influenciados pela introdução gradual de modificações vários dias antes de sua aproximação, e a milhares de quilômetros de distância de seus alvos eventuais. Isso talvez criasse modificações nos padrões de vento de grande escala, o que pode ter efeitos importantes sobre a intensidade e o curso de um furacão. Além disso, é possível que alterações relativamente pequenas em nossas atividades normais, como criar rastros de vapor com aviões ou variar os processos de irrigação de lavouras, produzam modificações adequadas. | ||||||
| Perigos do Controle Se o controle meteorológico realmente funcionar, pode criar graves problemas políticos. E se uma intervenção fizer com que um furacão cause danos em outro país? Hoje o uso de modificações climáticas como arma é proibido pela ONU. Antes disso, nossos métodos teriam de ser provados em outros fenômenos atmosféricos além dos furacões. Acreditamos, na verdade, que devam ser testados no aumento da quantidade de chuva. Essas experiências funcionariam para avaliar nossos conceitos numa região relativamente pequena, que seria densamente equipada por sensores. Em escala reduzida, as intervenções poderiam ser feitas a partir de aeronaves ou do solo. Se nossa compreensão da física das nuvens, sua simulação computacional e as técnicas de assimilação de dados avançarem tão rápido quanto esperamos, essas experiências modestas poderiam ser iniciadas em 10 ou 20 anos. | ||||||
| Intervenção no Furacão | ||||||
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