Em abril de 1815, quando o Monte Tambora entrou em erupção, o mundo todo escureceu, ficando conhecido como o “ano sem verão”.

Foi a explosão vulcânica mais poderosa já registrada na história.  Ao expelir poeira e aerossóis de sulfato na estratosfera, isso teve um impacto drástico no esfriamento do clima e no colapso da agricultura.

Duzentos anos depois, os cientistas ainda estão buscando entender suas repercussões.

Esses cientistas podem até entender as descrições sobre erupções como a do Tambora e analisar depósitos de cinzas capturados no gelo polar, mas, estimar de forma consistente o impacto no clima dessas erupções tem sido bem difícil.

Uma nova metodologia pode mudar isso. E ela pode ser aplicada em outras áreas além das erupções vulcânicas.

O Journal of Economic Surveys publicou um artigo descrevendo um método inovador que combina abordagens estatísticas utilizadas na Economia com a Vulcanologia e a ciência do clima.

O objetivo é, em última análise, selecionar as erupções vulcânicas nas reconstruções de temperatura, voltando milênios no tempo e medindo o impacto no clima.

Isso pode ajudar a separar os impactos vulcânicos sobre o clima da variabilidade climática, melhorando a compreensão dos efeitos dos aerossóis na temperatura, o que tem implicações no controle da poluição, e no aperfeiçoamento dos modelos climáticos.

Além das erupções vulcânicas, o novo método tem uma ampla gama de aplicações na Política e na Ciência, desde avaliar as previsões feitas pelos bancos centrais até no estudo da difusão das inovações na medicina, disse Felix Pretis, especialista em econometria e co-diretor do projeto de pesquisa Climate Econometrics no Departamento de Economia Universidade de Oxford.

O método

A ideia de criar um novo método econométrico, surgiu de um encontro casual de Pretis com Jason Smerdon, cientista do clima, que estava trabalhando com a estudante Lea Schneider sobre o impacto vulcânico no clima.

O método começa com uma série temporal da temperatura. “Em uma série temporal do clima, normalmente você tem muitos altos e baixos e meneios. Muitas vezes, você gostaria de fazer uma varredura nessa série para identificar coisas que não combinam com o que você esperaria”, disse Smerdon, professor do Lamont-Doherty Earth Observatory da Universidade de Columbia e chefe do Laboratório PaleoDynamics de lá.

O novo método utiliza o que é conhecido como indicador de saturação. A abordagem define as formas básicas de possíveis quebras que possam estar na série temporal e, em seguida, remove todos os meneios adicionais, exceto para aqueles que se assemelham a uma forma estatisticamente significativa. O tamanho do V, ou a magnitude do pico de frio da temperatura nas séries temporais, está relacionado com o impacto da erupção sobre o clima e, finalmente, o tamanho e a localização da erupção.

A técnica demonstra que erupções vulcânicas históricas podem ser estatisticamente detectadas sem o conhecimento prévio da sua ocorrência ou magnitude – e, portanto, pode ser útil para estimar o impacto dos fenômenos vulcânicos ocorridos usando reconstruções “proxy” da temperatura média hemisférica ou mundial, levando a uma melhor compreensão do efeito dos aerossóis estratosféricos na temperatura.

Para testar a abordagem, os cientistas usaram séries temporais da temperatura do Hemisfério Norte, a partir de uma simulação do modelo climático global abrangendo os últimos 1.200 anos.

Estas simulações são desenvolvidas por modelagem das muitas forças que causam a mudança do clima, incluindo a variabilidade aleatória interna e forças externas, como a variabilidade solar, gases de efeito estufa e erupções vulcânicas.

O método identificou as maiores erupções no modelo climático 100% do tempo ao longo de muitos ensaios. Detectou, de forma consistente, 74% das erupções que depositaram mais de 20 teragramas de sulfato de aerossóis no gelo polar, e 57% de todas as erupções globais, incluindo várias delas que tiveram pouco impacto sobre a temperatura do Hemisfério Norte.

Smerdon, Pretis e Schneider, este último, estudante de Ph.D. na Universidade de Johannes Gutenberg, estão agora trabalhando na aplicação do método para uma nova série temporal de temperatura desenvolvida a partir de registros de densidade de anéis de árvores de todo o Hemisfério Norte. O resultado pode ajudar a identificar erupções vulcânicas anteriormente desconhecidas e avaliar a sua magnitude.

Esta é uma maneira muito mais rigorosa de testar suas suposições do que apenas olhar para uma série temporal e dizer, ‘Bem, acho que algo aconteceu aqui´. Às vezes, parece algo óbvio, mas as estatísticas permitem formular essas perguntas objetivamente para que você tenha a certeza de que não está enganando a si próprio.” – Jason Smerdon.

O método pode ser usado para entender previamente eventos desconhecidos ou incertos, de forma geral, disse Pretis. Ele também defende que o método irá melhorar as previsões, já que mudanças súbitas e inesperadas levam uma previsão ao fracasso.

Allegra LeGrande, da NASA-GISS, que estuda o impacto dos aerossóis vulcânicos sobre o clima, deu a sua opinião: “Se uma técnica existe para selecionar automaticamente todos os eventos vulcânicos de registros de proxy, nós poderíamos melhorar significativamente as reconstruções vulcânicas e estender essa reconstrução no tempo. Poderíamos desenvolver melhores estatísticas para a frequência de eventos de grande porte.

As novas ferramentas estatísticas estão disponíveis através do pacote de software OxMetrics e no ambiente de software estatístico de código aberto, acessível através climateeconometrics.org/tools.