miniaturadaimagem|320x320px|A magnitude relativa dos 6 principais feedbacks climáticos e o que eles influenciam. Os feedbacks positivos amplificam a resposta do aquecimento global às emissões de gases de efeito estufa e os feedbacks negativos a reduzem. Os feedbacks climáticos são processos naturais que afetam o aumento da temperatura global para uma determinada quantidade de emissões de gases de efeito estufa. Os feedbacks positivos amplificam o aquecimento global, enquanto os feedbacks negativos o diminuem. Os feedbacks influenciam tanto a quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera quanto a quantidade de mudança de temperatura que ocorre como resposta. Embora as emissões sejam a força que causa o aquecimento global, os feedbacks se combinam para controlar a sensibilidade do clima a esta força.
Embora a soma geral dos feedbacks seja negativa, ela está se tornando menos favorável à medida que as emissões de gases de efeito estufa continuam. Isso significa que o aquecimento é mais lento do que seria na ausência de feedbacks, mas que o aquecimento será acelerado se as emissões continuarem nos níveis atuais. Os feedbacks líquidos permanecerão negativos sobretudo devido ao aumento da radiação térmica à medida que o planeta se aquece, que é um efeito várias vezes maior do que qualquer outro feedback individual. Assim, a mudança climática antropogênica por si só não pode causar um .
Os feedbacks podem ser divididos em feedbacks físicos e feedbacks parcialmente biológicos. Os feedbacks físicos incluem a diminuição da refletividade da superfície (devido à diminuição da cobertura de neve e gelo) e o aumento do vapor de água na atmosfera. O vapor de água não é apenas um poderoso gás de efeito estufa, mas também influencia os feedbacks na distribuição de e temperaturas na atmosfera. Os feedbacks biológicos estão associados principalmente a mudanças na taxa em que a matéria vegetal acumula CO2 como parte do ciclo do carbono. O ciclo do carbono absorve mais da metade das emissões de CO2 todos os anos nas plantas e no oceano. A longo prazo, a porcentagem será reduzida à medida que os sumidouros de carbono se tornarem saturados e as temperaturas mais altas levarem a efeitos como secas e incêndios florestais.
As forças e as relações de feedback são estimadas por meio de modelos climáticos globais, com suas estimativas calibradas com base em dados observacionais sempre que possível. Alguns feedbacks afetam rapidamente a sensibilidade climática, enquanto a resposta de feedback das camadas de gelo é prolongada por vários séculos. As retroalimentações também podem resultar em diferenças localizadas, como a resultante de retroalimentações que incluem a redução da cobertura de neve e gelo. Embora as relações básicas sejam bem compreendidas, existe incerteza sobre o feedback em determinadas áreas, principalmente com relação aos feedbacks das nuvens. A incerteza do ciclo de carbono é impulsionada pelas grandes taxas em que o CO2 é absorvido pelas plantas e liberado quando a biomassa queima ou se decompõe. Por exemplo, o degelo do permafrost produz emissões de CO2 e metano de maneiras que são difíceis de modelar. Na formulação de cenários de mudança climática usam-se modelos para estimar como a Terra responderá às emissões de gases de efeito estufa ao longo do tempo, inclusive como os feedbacks mudarão à medida que o planeta se aquece.
Definição e terminologia A resposta de Planck é a radiação térmica adicional que os objetos emitem à medida que se tornam mais quentes. O fato de a resposta de Planck ser um feedback climático depende do contexto. Na ciência climática, a resposta de Planck pode ser tratada como uma parte intrínseca do aquecimento que é separada dos feedbacks radiativos e dos feedbacks do ciclo de carbono. Entretanto, a resposta de Planck é incluída no cálculo da sensibilidade climática.
Um feedback que amplifica uma mudança inicial é chamado de feedback positivo, enquanto um feedback que reduz uma mudança inicial é chamado de feedback negativo. Os feedbacks climáticos estão no contexto do aquecimento global, portanto, os feedbacks positivos aumentam o aquecimento e os feedbacks negativos o diminuem. Nomear um feedback como positivo ou negativo não implica que o feedback seja bom ou ruim.
A mudança inicial que aciona um feedback pode ser forçada externamente ou pode surgir por meio da variabilidade interna do sistema climático. Forçamento externo refere-se a “um agente forçador externo ao sistema climático que causa uma mudança no sistema climático” que pode empurrar o mesmo na direção do aquecimento ou do resfriamento. Os forçamentos externos podem ser causados pelo homem (por exemplo, emissões de gases de efeito estufa ou ) ou naturais (por exemplo, erupções vulcânicas).
Feedbacks físicos miniaturadaimagem|A mudança climática ocorre porque a quantidade de radiação térmica absorvida por diferentes partes do ambiente da Terra excede atualmente a quantidade irradiada para o espaço. À medida que o aquecimento aumenta, a radiação de saída para o espaço aumenta rapidamente devido à resposta de Planck, o que acaba ajudando a estabilizar a Terra em um nível de temperatura mais alto|esquerda|270x270px Resposta de Planck (negativo) A resposta de Planck é “o feedback mais fundamental no sistema climático”. À medida que a temperatura de um corpo negro aumenta, a emissão de radiação infravermelha aumenta com a quarta potência de sua temperatura absoluta, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann. Isso aumenta a quantidade de radiação emitida de volta ao espaço à medida que a Terra se aquece. É uma forte resposta estabilizadora e, às vezes, é chamada de “resposta sem retorno” porque é uma propriedade intensiva de um sistema termodinâmico quando considerado puramente uma função da temperatura. Embora a Terra tenha uma emissividade efetiva menor que a unidade, a radiação de corpo negro ideal surge como uma quantidade separável ao investigar as perturbações na radiação de saída do planeta.
O “feedback” de Planck ou resposta de Planck é a resposta radiativa comparável obtida da análise de observações práticas, ou de modelos climáticos globais (MCGs). Sua força esperada foi estimada de forma mais simples a partir da derivada da equação de Stefan-Boltzmann como -4σT3 = -3,8 W/m2/K (watts por metro quadrado por grau de aquecimento). A estimativa de aplicações de MCGs às vezes produziu uma intensidade reduzida, causada por propriedades extensivas da estratosfera e artefatos residuais semelhantes posteriormente identificados como ausentes nesses modelos.
As propriedades mais extensas do “corpo cinzento” da Terra que influenciam a radiação de saída são geralmente postuladas para serem englobadas pelos outros componentes de feedback do MCG e para serem distribuídas de acordo com uma formulação específica de forçamento-feedback do sistema climático. Idealmente, a força da resposta de Planck obtida de MCGs, medições indiretas e estimativas de corpo negro convergirão ainda mais à medida que os métodos de análise continuarem a se desenvolver. miniaturadaimagem|320x320px|Os gases atmosféricos absorvem apenas alguns comprimentos de onda de energia, mas são transparentes para outros. Os padrões de absorção do vapor de água (picos azuis) e do dióxido de carbono (picos rosa) se sobrepõem em alguns comprimentos de onda.
Feedback do vapor de água (positivo) Conforme a , a pressão do vapor de saturação é maior em uma atmosfera mais quente e, portanto, a quantidade absoluta de vapor de água aumentará à medida que a atmosfera se aquece. Às vezes, isso também é chamado de feedback de umidade específica, porque a umidade relativa (UR) permanece praticamente constante sobre os oceanos, mas diminui sobre a terra. Isso ocorre porque a terra sofre um aquecimento mais rápido do que o oceano, e um declínio na UR foi observado após o ano 2000.
Como o vapor de água é um gás de efeito estufa, o aumento na concentração de vapor de água faz com que a atmosfera se aqueça ainda mais, o que permite que ela retenha ainda mais vapor de água. Assim, forma-se um ciclo de feedback positivo, que continua até que os feedbacks negativos levem o sistema ao equilíbrio. Aumentos no vapor de água atmosférico foram detectados por satélites, e os cálculos baseados nessas observações colocam essa força de feedback em 1,85 ± 0,32 m2/K. Esse valor é muito semelhante às estimativas do modelo, de 1,77 ± 0,20 m2/K. Qualquer um desses valores dobra efetivamente o aquecimento que ocorreria apenas com o aumento de CO2. Assim como os outros feedbacks físicos, isso já foi levado em conta nas projeções de aquecimento nos cenários de mudança climática. esquerda|miniaturadaimagem|270x270px|O gradiente adiabático (verde) é um feedback negativo em todos os lugares da Terra, exceto nas latitudes polares. O feedback climático líquido (preto) torna-se menos negativo se ele for excluído (laranja)
Gradiente adiabático (negativo)
O gradiente adiabático é a taxa na qual uma variável atmosférica, normalmente a temperatura na atmosfera da Terra, cai com a altitude. Portanto, é uma quantificação da temperatura, relacionada à radiação, como uma função da altitude, e não é um fenômeno separado nesse contexto. O feedback do gradiente adiabático é geralmente um feedback negativo. Entretanto, ela é de fato uma retroalimentação positiva nas regiões polares, onde contribuiu fortemente para o aquecimento polar amplificado, uma das maiores consequências da mudança climática. Isso ocorre porque em regiões com fortes inversões, como as regiões polares, o feedback da taxa de lapso pode ser positivo porque a superfície se aquece mais rapidamente do que em altitudes mais elevadas, resultando em um resfriamento ineficiente de ondas longas.
A temperatura da atmosfera diminui com a altura na troposfera. Como a emissão de radiação infravermelha varia com a temperatura, a radiação de ondas longas que escapa para o espaço da atmosfera superior relativamente fria é menor do que a emitida em direção ao solo pela atmosfera inferior. Assim, a intensidade do efeito estufa depende da taxa de diminuição da temperatura da atmosfera com a altura. Tanto a teoria quanto os modelos climáticos indicam que o aquecimento global reduzirá a taxa de diminuição da temperatura com a altura, produzindo um feedback negativo do gradiente adiabático que enfraquece o efeito estufa.
Feedback do albedo da superfície (positivo) O albedo é a medida da intensidade com que a superfície planetária pode refletir a radiação solar, o que impede sua absorção e, portanto, tem um efeito de resfriamento. As superfícies mais brilhantes e mais reflexivas têm um albedo alto e as superfícies mais escuras têm um albedo baixo, portanto, aquecem mais. As superfícies mais reflexivas são o gelo e a neve, de modo que as alterações no albedo da superfície estão predominantemente associadas ao que é conhecido como feedback do albedo do gelo. Um pequeno percentual do efeito também está associado a mudanças na oceanografia física, na umidade do solo e na cobertura vegetal.