19 de dezembro, de 2020 | 10:14

Matemática fundamenta a ciência que prevê alterações atmosféricas

O dia de muitas pessoas mundo afora começa checando a previsão do tempo no celular ou em sites jornalísticos. O tema passou a ter mais importância na cobertura da imprensa nos últimos anos e sua abordagem vai além de saber se é necessário levar um casaco ou um guarda-chuva ou se é um bom dia para atividades ao ar livre.

A possibilidade de prever tempestades, períodos de temperaturas elevadas ou estiagem influencia diversas atividades econômicas, como o agronegócio, a aviação, a navegação e o turismo. A meteorologia também pode determinar o atendimento a áreas de risco ou a retirada da população vulnerável. A ciência é usada ainda para incentivar a divulgação de informações pertinentes ao cuidado das pessoas se houver risco da umidade do ar chegar a níveis que podem causar complicações à saúde.

Não é adivinhação. A meteorologia estuda os processos que ocorrem dentro de um local e espaço de tempo na atmosfera terrestre. Para isso, dialoga profundamente com diversas áreas da matemática. Afinal de contas, os números fazem parte da rotina de quem escolheu esta formação, que também é uma ciência exata.

O que tem a ver a matemática com a meteorologia?

Geometria? Derivadas de funções trigonométricas? Vetores? Álgebra? Quem entra no curso de meteorologia, vai se deparar com várias disciplinas relacionadas à matemática e terá que aprender estes e outros conceitos como cálculos, integrais, equações diferenciais.

De acordo com a meteorologista formada pela Universidade de São Paulo (USP), Samantha Martins, quem quiser ter esta formação, tem que entender a principal ferramenta que irá usar. “A matemática é a linguagem com a qual podemos compreender a física que nos cerca. As equações possibilitam que compreendamos o mundo físico e, para entender essas equações, precisamos estudar seu idioma. O idioma é a matemática”, explica.

O cálculo estuda as taxas de variação de grandezas e o acúmulo de quantidades. Criado por Newton, é usado em diferentes áreas do saber, entre elas a física, a matemática, a astronomia e, claro, a meteorologia. Para chegar a um resultado de uma equação que envolva movimento ou crescimento, havendo a atuação de forças variáveis produzindo aceleração, o matemático vai precisar usar uma ou várias operações-base.

O cálculo dos limites, por exemplo, expõe o comportamento de uma função ao se aproximar de determinados valores. É quem determina no cálculo diferencial e em outros ramos da análise matemática as derivadas e continuidade de funções. Já as derivadas estabelecem a medida da variação de uma função em um determinado momento, enquanto a integral das diferenciais permitem o cálculo das áreas e de volumes.

Onde isso entra na meteorologia? Para estabelecer uma previsão ou delimitar um processo atmosférico em determinado tempo e local, os movimentos da atmosfera precisam ser interpretados. Muitas variáveis podem interferir e modificar completamente o resultado obtido por meio dos dados repassados por satélites e radares. Os cálculos são usados para ler esses parâmetros.

A criação de modelos matemáticos para a meteorologia

Na linguagem matemática, a atmosfera é um sistema caótico, ou seja, em que detalhes como ocupação do solo, presença ou não de água, relevo, atividade humana, gases do efeito estufa presentes na atmosfera, velocidade e direção do vento são capazes de desencadear um resultado completamente diverso do padrão esperado. Essas grandezas nem sempre podem ser obtidas diretamente.

O matemático Edward Lorenz considerou estes fatores para elaborar um “sistema matemático caótico” na década de 1960. No caso, ao promover variações bem pequenas nas coordenadas do ponto de partida, obtinha padrões de movimentos complexos e com comportamentos não repetitivos. Seu estudo serviu como base teórica para as diversas metodologias de previsão do tempo que conhecemos atualmente.

Modelos meteorológicos mais modernos dividem uma área de interesse em porções de tamanho menor, calculam as equações específicas para cada uma e, assim, estabelecem o quadro total. Outra opção é realizar previsão por conjuntos, observando se ocorre uma média de resultados parecidos ou divergentes, para poder indicar a realidade. As operações demandam cálculos matemáticos complexos.

Matemáticos, engenheiros, cientistas de dados, meteorologistas trabalham para aperfeiçoar os modelos existentes, com o apoio de computadores para solucionar as equações. Atualmente, as previsões podem variar de 24h a 96h e de sete a dez dias, monitorando e aprimorando os resultados em caso de alguma alteração das variáveis no período.