miniatura|direita|1.35|Tendência de temperatura da NASA GISS entre 2000 e 2009, destacando forte amplificação ártica A amplificação polar é o fenômeno em que qualquer alteração no balanço líquido de radiação (como a intensificação do efeito estufa) 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 (o chamado efeito estufa), 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.
Em um caso extremo, acredita-se que o planeta Vênus tenha passado por um aumento drástico do efeito estufa ao longo de sua história, a ponto de seus polos terem se aquecido o suficiente para tornar a temperatura de sua superfície praticamente isotérmica (sem variação entre polos e equador). Na Terra, o vapor d’água e gases traço produzem um efeito estufa menos intenso, enquanto a atmosfera e os vastos oceanos facilitam um transporte eficiente de calor em direção aos polos. Tanto as mudanças paleoclimáticas quanto as recentes alterações do aquecimento global demonstraram forte amplificação polar, conforme detalhado abaixo.
A amplificação ártica refere-se à amplificação polar exclusiva do Polo Norte da Terra, enquanto a amplificação antártica aplica-se ao Polo Sul.
História 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).
Amplificação Mecanismos de amplificação Os 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.
Exemplos de feedbacks do sistema climático que contribuem para a recente amplificação polar incluem a redução da cobertura de neve e do gelo marinho, mudanças na circulação atmosférica e oceânica, a presença de fuligem antropogênica no ambiente Ártico e o aumento da cobertura de nuvens e do vapor d’água. O forçamento por CO2 também foi associado à amplificação polar. A maioria dos estudos relaciona as mudanças no gelo marinho ártico à amplificação polar. Tanto a extensão quanto a espessura do gelo influenciam este processo. Modelos climáticos com menor extensão base de gelo marinho e cobertura de gelo mais fina mostram uma amplificação polar mais intensa. Alguns modelos climáticos modernos exibem amplificação ártica sem alterações na cobertura de neve ou gelo.
Os processos individuais que contribuem para o aquecimento polar são fundamentais para compreender a sensibilidade climática. O aquecimento polar também afeta diversos ecossistemas, como os marinhos e terrestres, os sistemas climáticos e as populações humanas. A amplificação polar é majoritariamente impulsionada por processos locais nos polos, com pouco forçamento remoto, enquanto o aquecimento polar é regulado por forçamentos tropicais e de latitudes médias. Estes impactos da amplificação polar têm motivado pesquisas contínuas diante do aquecimento global.
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 representa a variação na temperatura polar e é, por exemplo, a variação correspondente na temperatura média global.
Implementações comuns definem as mudanças de temperatura diretamente como as 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 miniatura|Tendências de temperatura na Antártica Ocidental (esquerda) superaram amplamente a média global; na Antártica Oriental, menos. Observa-se que o aquecimento ártico e antártico frequentemente ocorre fora de fase devido ao forçamento orbital, resultando no chamado efeito de .
Amplificação polar no paleoclima 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 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.
Amplificação ártica recente
miniatura|A superfície escura do oceano reflete apenas 6% da radiação solar incidente, enquanto o gelo marinho reflete de 50% a 70%. Os mecanismos propostos para a amplificação ártica observada incluem o declínio do gelo marinho ártico (), 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 : 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.
A aceleração da amplificação ártica não foi linear: uma análise de 2022 revelou que ela ocorreu em dois saltos distintos, o primeiro por volta de 1986 e o segundo após 2000. O primeiro salto é atribuído ao aumento do forçamento radiativo antropogênico na região, provavelmente ligado à redução da poluição por aerossóis de enxofre estratosférico na Europa nos anos 1980 para combater a chuva ácida. Como os aerossóis de sulfato têm efeito de resfriamento, sua ausência pode ter elevado as temperaturas árticas em até 0,5 grau Celsius. O segundo salto não tem causa conhecida, o que explica sua ausência nos modelos climáticos. É provável que seja um exemplo de variabilidade natural multidecadal, como a sugerida conexão entre as temperaturas árticas e a Oscilação Multidecadal do Atlântico (OMA), podendo reverter-se no futuro. Contudo, mesmo o primeiro aumento na amplificação ártica foi simulado com precisão apenas por uma fração dos atuais modelos CMIP6.thumb|right|400px|Meandros (Ondas de Rossby) da corrente de jato polar do hemisfério norte em desenvolvimento (a), (b); e finalmente destacando uma "gota" de ar frio (c). Laranja: massas de ar mais quentes; rosa: corrente de jato.
Possíveis impactos no clima de latitudes médias