Huge spread in CMIP6 diffuse radiation impairs carbon budget estimates

A luz solar que chega à superfície da Terra não é um feixe único e uniforme. Ela chega de duas formas distintas: raios diretos que viajam diretamente do sol, e luz espalhada que ricocheteou em nuvens, poeira e moléculas de gás na atmosfera. Esta luz espalhada, conhecida como radiação difusa, comporta-se de forma diferente da luz solar direta. Enquanto os feixes diretos tendem a brilhar intensamente nas camadas superiores de um dossel florestal, muitas vezes deixando as folhas abaixo em sombras profundas, a luz difusa espalha-se em todas as direções. Ela penetra mais profundamente na vegetação, iluminando as folhas sombreadas que, de outra forma, permaneceriam escuras. Esta iluminação extra permite que as plantas realizem a fotossíntese de forma mais eficiente, transformando efetivamente toda a floresta num motor mais produtivo para absorver dióxido de carbono do ar. Como este processo liga diretamente a atmosfera, as suas nuvens e partículas à saúde das florestas do mundo, compreender quanto desta luz espalhada chega ao solo é essencial para calcular quanto carbono a terra da Terra pode armazenar.

Um investigador do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste investigou recentemente quão bem os modelos climáticos modernos captam este tipo específico de luz solar. Eles examinaram dados de dezasseis modelos climáticos globais diferentes, que são simulações computacionais complexas usadas pelos cientistas para projetar mudanças climáticas futuras e compreender mudanças ambientais passadas. Estes modelos são as principais ferramentas para estimar o orçamento global de carbono — o equilíbrio entre o carbono libertado para a atmosfera e o carbono absorvido por plantas e oceanos. O investigador concentrou-se no período histórico de 2000 a 2014, comparando o que os modelos previam contra medições reais tomadas de estações meteorológicas ao redor do mundo. O seu objetivo era ver se os modelos concordavam entre si e com a realidade em relação à quantidade de radiação difusa que chega à superfície.

As descobertas revelaram uma falta de concordância alarmante entre os modelos. Quando o investigador analisou a média global, as estimativas para a radiação difusa variavam quase três vezes. Alguns modelos previam quantidades muito baixas de luz espalhada, enquanto outros previam quantidades quase três vezes superiores. Esta divergência foi ainda mais pronunciada sobre a terra, onde a diferença entre as estimativas mais altas e as mais baixas atingiu um fator de três. O problema não era apenas que os modelos discordavam entre si; eles também discordavam das observações do mundo real. Quando a equipa comparou a média de todos os modelos contra milhares de medições terrestres, descobriu que os modelos subestimavam consistentemente a quantidade de luz difusa, particularmente durante a estação de crescimento, quando as plantas estão mais ativas. No Hemisfério Norte, por exemplo, os modelos perderam o pico da quantidade de luz espalhada por uma margem significativa durante os meses de verão, sugerindo um erro sistemático na forma como estas simulações lidam com a interação entre a atmosfera e a superfície.

Esta discrepância é importante porque a quantidade de luz espalhada influencia diretamente quanto carbono as plantas podem absorver. O investigador calculou que a ampla variação nas estimativas dos modelos de radiação difusa poderia traduzir-se em incertezas massivas nas previsões do crescimento das plantas. Se os modelos estiverem errados sobre quanta luz espalhada chega às florestas, é provável que estejam errados sobre quanto carbono essas florestas estão a armazenar. O estudo sugere que esta incerteza poderia equivaler a vários biliões de toneladas de carbono por ano, um número grande o suficiente para rivalizar com a quantidade total de carbono atualmente absorvida pelos ecossistemas terrestres do mundo. Em regiões tropicais, onde a dispersão nas estimativas dos modelos é particularmente ampla, a incerteza na absorção de carbono pode exceder treze por cento da captação total. Isto significa que as projeções atuais de futuros sumidouros de carbono, que são críticas para a política climática, podem estar construídas sobre uma base frágil em relação a como as plantas respondem à luz solar.

A raiz do problema parece residir em como estes modelos são construídos. A forma como calculam a divisão entre a luz solar direta e a espalhada depende de fórmulas complexas para nuvens e partículas atmosféricas, que ainda não são totalmente compreendidas ou representadas com precisão. Além disso, muitos dos modelos de terra usados nestes sistemas simplificam a forma como a luz se move através de uma floresta, tratando frequentemente o dossel como uma camada única em vez de uma estrutura complexa com folhas ensolaradas e sombreadas. Esta simplificação falha em capturar o "efeito de fertilização" da luz difusa, onde a iluminação extra aumenta a produtividade de toda a comunidade vegetal. O investigador observou que mesmo modelos construídos pelas mesmas instituições, utilizando componentes atmosféricos centrais semelhantes, produziam resultados vastamente diferentes para a mesma região, destacando que o problema não é apenas uma questão de dados diferentes, mas de diferenças fundamentais na forma como a física é simulada.

O estudo conclui que, para melhorar a nossa compreensão do ciclo de carbono da Terra, os cientistas devem priorizar a obtenção da representação correta da radiação difusa. Isto envolve melhores observações da luz espalhada, especialmente em florestas tropicais remotas, onde os dados são atualmente escassos, e formas mais sofisticadas de modelar como a luz interage com a vegetação. À medida que a comunidade científica se prepara para a próxima geração de modelos climáticos, o autor argumenta que padronizar a forma como estes modelos registam e avaliam a radiação difusa já não é opcional. Sem corrigir este ponto cego, a incerteza nos orçamentos globais de carbono permanecerá demasiado grande para fornecer a orientação fiável necessária para a ação climática. O caminho a seguir exige um esforço coordenado para garantir que a próxima geração de simulações possa refletir com precisão o papel subtil, mas poderoso, da luz solar espalhada na sustentação da vida no planeta.