Amplificação polar
A amplificação polar é o fenômeno em que qualquer alteração no balanço líquido de radiação tende a gerar uma mudança de temperatura mais significativa nas regiões próximas aos polos do que na média planetária. Este efeito é frequentemente expresso como a relação entre o aquecimento polar e o aquecimento tropical. Em um planeta com uma atmosfera que limita a emissão de radiação de onda longa para o espaço, as temperaturas da superfície são mais elevadas do que o previsto por um simples cálculo de temperatura de equilíbrio planetário. Quando a atmosfera ou um oceano extenso transporta calor em direção aos polos, essas regiões se tornam mais quentes, enquanto as áreas equatoriais ficam mais frias do que seus balanços locais de radiação líquida indicariam. Os polos sofrem maior resfriamento quando a temperatura média global é mais baixa em relação a um clima de referência; por outro lado, experimentam o maior aquecimento quando essa temperatura média é mais alta.
Um estudo baseado em observações sobre a amplificação ártica foi publicado em 1969 por Mikhail Budyko, cuja conclusão foi resumida como: "A perda de gelo marinho influencia as temperaturas árticas por meio do feedback do albedo da superfície." No mesmo ano, um modelo similar foi publicado por William D. Sellers. Ambos os estudos chamaram atenção por sugerirem a possibilidade de um feedback positivo descontrolado no sistema climático global. Em 1975, Manabe e Wetherald publicaram o primeiro modelo de circulação geral relativamente plausível para avaliar os efeitos do aumento de gases de efeito estufa. Apesar de cobrir menos de um terço do globo, com um oceano "pantanoso" e terras apenas em altas latitudes, o modelo mostrou um aquecimento mais rápido no Ártico do que nos trópicos (como todos os modelos posteriores).
Mecanismos de amplificação
Os feedbacks associadas à cobertura de gelo marinho e neve [en] são frequentemente apontadas como uma das principais causas da amplificação polar terrestre. Esses feedbacks são particularmente relevantes na amplificação polar local, embora estudos recentes indiquem que a feedback do gradiente adiabático é provavelmente tão importante quanto o feedback do albedo do gelo para a amplificação ártica. Essa ideia é reforçada pelo fato de que a amplificação em larga escala também é observada em modelos sem gelo ou neve. Esse fenômeno parece resultar tanto de uma intensificação (possivelmente temporária) do transporte de calor em direção aos polos quanto de mudanças diretas no balanço local de radiação líquido. O balanço de radiação local é fundamental, pois uma redução geral na radiação de onda longa emitida gera um aumento relativo maior na radiação líquida perto dos polos do que próximo ao equador. Assim, entre o feedback do gradiente adiabático e as mudanças no balanço de radiação local, grande parte da amplificação polar pode ser atribuída a variações na radiação de onda longa emitida. Isso é especialmente evidente no Ártico, enquanto o terreno elevado na Antártica restringe a influência da retroalimentação da taxa de lapso.
Circulação oceânica
Estima-se que 70% da energia eólica global seja transferida para o oceano, ocorrendo principalmente na Corrente Circumpolar Antártica (CCA). O afloramento causado pelo estresse do vento transporta águas frias antárticas através da corrente superficial do Atlântico, aquecendo-as ao longo do equador até o ambiente ártico. Esse processo é mais evidente em altas latitudes. Assim, o aquecimento no Ártico depende da eficiência do transporte oceânico global e desempenha um papel no efeito de gangorra polar. A redução de oxigênio e o baixo pH durante o La Niña estão associados à diminuição da produção primária e a um fluxo mais acentuado das correntes oceânicas em direção aos polos. Sugere-se que o aumento das anomalias de temperatura do ar na superfície ártica durante períodos de La Niña no ENSO possa ser explicado pelo Mecanismo de Aquecimento Ártico Excitado Tropicalmente (TEAM), quando ondas de Rossby se propagam mais em direção aos polos, resultando em dinâmicas de ondas e um aumento da radiação infravermelha descendente.
Fator de amplificação
A amplificação polar é medida por meio de um fator de amplificação polar, geralmente definido como a razão entre uma mudança na temperatura polar e uma mudança correspondente em uma temperatura média mais ampla: onde Δ T p {\displaystyle \Delta T_{p}} representa a variação na temperatura polar e Δ T ¯ {\displaystyle \Delta {\overline {T}}} é, por exemplo, a variação correspondente na temperatura média global. Implementações comuns definem as mudanças de temperatura diretamente como as anomalias [en] na temperatura do ar na superfície em relação a um intervalo de referência recente (geralmente 30 anos). Outros estudos utilizaram a razão das variâncias da temperatura do ar na superfície ao longo de um período mais extenso.
Fase de amplificação
Observa-se que o aquecimento ártico e antártico frequentemente ocorre fora de fase devido ao forçamento orbital, resultando no chamado efeito de gangorra polar [en].
Os ciclos glaciais e interglaciais do Pleistoceno fornecem amplas evidências paleoclimáticas de amplificação polar, tanto no Ártico quanto na Antártica. Em particular, o aumento de temperatura desde o último máximo glacial, há 20 000 anos, oferece uma imagem clara. Registros de temperatura por procuração do Ártico (Groenlândia) e da Antártica indicam fatores de amplificação polar na ordem de 2,0.
Os mecanismos propostos para a amplificação ártica observada incluem o declínio do gelo marinho ártico (água aberta reflete menos luz solar que o gelo marinho [en]), o transporte atmosférico de calor do equador para o Ártico, e o feedback do gradiente adiabático. Historicamente, dizia-se que o Ártico aquecia duas vezes mais rápido que a média global, mas esta estimativa baseava-se em observações mais antigas que não captaram a aceleração recente. Em 2021, dados suficientes mostraram que o Ártico aqueceu três vezes mais rápido que o planeta – 3,1 °C entre 1971 e 2019, contra 1 °C de aquecimento global no mesmo período. A estimativa considera o Ártico como tudo acima do paralelo 60 norte, ou um terço do Hemisfério Norte. Entre 2021 e 2022, constatou-se que, desde 1979, o aquecimento dentro do próprio Círculo Polar Ártico (acima do paralelo 66) foi quase quatro vezes mais rápido que a média global. Dentro do Círculo Polar Ártico, a amplificação ártica é ainda mais pronunciada na região do Mar de Barents, com pontos quentes ao redor da Corrente de Spitsbergen Ocidental [en]: estações meteorológicas em seu trajeto registram um aquecimento decadal até sete vezes mais rápido que a média global. Isto levantou preocupações de que, diferentemente do restante do gelo marinho ártico, a cobertura de gelo no Mar de Barents possa desaparecer permanentemente mesmo com cerca de 1,5 grau de aquecimento global.
Possíveis impactos no clima de latitudes médias
Desde o início dos anos 2000, modelos climáticos têm apontado consistentemente que o aquecimento global deslocará gradualmente as correntes de jato em direção aos polos. Em 2008, evidências observacionais confirmaram esta previsão, mostrando que, entre 1979 e 2001, a corrente de jato do hemisfério norte moveu-se para o norte a uma taxa média de 2,01 quilômetros por ano, com uma tendência semelhante observada no hemisfério sul. Cientistas climáticos sugeriram que o aquecimento global também enfraquecerá progressivamente a corrente de jato. Tendências como o declínio do gelo marinho do Ártico, a redução da cobertura de neve, os padrões de evapotranspiração e outras anomalias climáticas têm aquecido o Ártico mais rapidamente que outras partes do planeta. Entre 2021 e 2022, constatou-se que, desde 1979, o aquecimento no Círculo Polar Ártico foi quase quatro vezes mais rápido que a média global, com alguns pontos críticos na região do Mar de Barents aquecendo até sete vezes mais rápido que a média global. Embora o Ártico continue sendo uma das regiões mais frias da Terra hoje, o gradiente de temperatura entre ele e as áreas mais quentes do planeta diminuirá a cada década de aquecimento global devido a essa amplificação. Se esse gradiente influencia fortemente a corrente de jato, ela pode se tornar mais fraca e variável em seu trajeto, permitindo que mais ar frio do vórtice polar escape para as médias latitudes e desacelere a progressão das Ondas de Rossby, resultando em condições climáticas mais persistentes e extremas.
