Oscilação de Madden-Julian (MJO)

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1 Oscilação de Madden-Julian (MJO)

2 IMPORTANCIA DA MJO: MJO – identificada pela 1a. vez em 1971
- Influencia o tempo na região tropical desde a escala convectiva até as ciculações de escala planetária Nesta aula: - Estrutura básica e escala temporal - Mecanismos formadores - Papel da MJO na variabilidade atmosférica e oceanica IMPORTANCIA DA MJO: A predicabilidade nos tropicos é inerentemente “pobre” pois: vinculos de balanços (tal como o balanço geostrófico) são fracos e não dominam os movimentos nessa região. A previsão diária pode ser melhorada se algum sinal coerente ou condição de balanço possa ser identificada nessa região A MJO é um modulador do tempo na regiao tropical

3 Esquema da progressão longitudinal da MJO pelo Oceano Índico e Pacífico
Estrutura espacial e temporal básica da MJO Observações na decada de 70 mostraram que os campos da pressão em superficie e ventos atmosféricos em diversas localidades nos tropicos passavam por um ciclo coerente (chuva/não chuva) em periodos de 30 a 60 dias (ESCALA INTRASAZONAL) Fase oeste - umida tempo está para baixo em intervalos de ~5 dias convecção aumentada (em grande escala) simbolizado por cúmulos e cumulonimbus a altura da tropopausa relativa é mostrada no topo de cada painel anomalias de pressão plotadas na parte inferior de cada imagem com anomalias negativas (baixa pressão, convecção ) sombreado vermelho. as células representam circulações anômalas associadas à MJO Fase leste - seca

4 - A MJO é um sistema acoplado oceano-atmosfera
Componente atmosférica é caracterizada: oscilação de propagação para leste do continente marítimo em torno do equator em cerca de 5 m s-1 período de cerca de dias escala espacial: comprimento de 12,000-20,000 km mais desenvolvidos desde a região sul do Oceano Índico, indo para leste pela Austrália até o oeste do Oceano Pacífico durante o verão austral A assinatura atmosférica é evidente na: pressão de superfície intensidade dos ventos na baixa e alta troposfera divergência/convergencia na alta e baixa troposfera indicadores (proxies) de convecção profunda: umidade relativa do ar, água precipitável ou ROL não é evidente nos ventos de niveis médios na troposfera Componente oceânica do MJO: oscilação com período um pouco mais de dias. assinatura oceânica evidente na temperatura da superfície do mar (TSM), a profundidade da camada de mistura, o fluxo de calor latente da superfície, e os campos da tensão superficial do vento. Parte de um ciclo da MJO Indicado pelas temperaturas IV de topo e pelas anomalias de potencial de velociade em 200 hPa

5 Um “compositie” de 91 MJO eventos observados em
Um “compositie” de 91 MJO eventos observados em Darwin( verão austral de ): Oscilação com magnitudes da ordem de: 5 m s-1 no vento zonal 1 m s-1 no vento meridional 0.5 K na temperatura 5 mm dia-1 na precipitação 10% na umidade relativa ≠s Fig Perfis verticais de temperatura potencial equivalente (θe – temp/vap.) para dois periodos ativos de convecção na monção de verão da Australia (linhas tracejadas) e um periodo de pausa (break), de convecção inativa (linha continua)

6 Representação esquemática da estrutura do vento em grande escala na MJO
- A nuvem indica simbolicamente o centro convectivo - As setas representam os ventos anômalos em 850 e 200 hPa e os movimentos vertical em 500 hPa. - As letras "A" e "C" marcam os centros de circulação anticiclônica e ciclônica, respectivamente. – As Linhas pontilhadas marcam os cavados cristas (Rui e Wang, 1999).

7 A oscilação atmosférica associada com a MJO tem:
- estrutura baroclinica, com aquecimento na alta troposfera e esfriamento proximo à superfície durante a fase oeste (umida), - - com anomalias de oeste se extendendo até 300 hPa. consistente com aquecimento por liberação de calor latente na media troposfera(tipico de convecção profunda) e esfriamento na baixa troposfera pela evaporação da precipitação um evento de precipitação antecede a chegada das anomalias de oeste nos ventos em cerca de 4 dias esse evento de precipitação corresponde à convergencia intensificada da convecção

8 Mecanismos de formação da MJO
- Inicialmente: liberação de calor latente na região tropical (Matsuno e Gill mostraram que ondas tropicais poderiam ser forçadas pela convecção – fontes de calor) Uma dessas ondas é a ONDA DE KELVIN equatorial , que se propaga para leste, como a MJO POREM muito mais rapida que a MJO (cerca de m s-1) circulando o equador em cerca de uma semana ao inves do periodo tipico de dias tipicamente associado à MJO Essa inconsistencia levou a explorar outras causas.

9 Mecanismos de formação da MJO
Mesmo apos 35 anos de estudo , ainda existem duvidas de quais são as forçantes que acionam a MJO - duas grande linhas de explicação: forçado (1) internamente: a Mjo é responsável por criar sua propria font de energia (processos de retroalimentação) (2) externamente: outros fenomenos são a causa da MJO Zhang (2005) faz um review mais completo REVIEWS OF GEOPHYSICS, VOL. 43, RG2003, 36 PP., doi: /2004RG Madden-Julian Oscillation- Chidong Zhang

10 Teorias de Forçantes Externas
Teorias propostas para forçantes externas da MJO incluem: Flutuações intrasazonais da monção de verão da Asia “forçante estocástica” da convecção na região de pico da MJO; e Forçantes de latitudes médias A teoria das flutuações intrasazonais na monção da Asia depende da interação entre: a evaporação na superfície, convecção e radiação, levando a uma oscilação estacionária na precipitação da monção com um período próximo a 50 dias. - Essa oscilação prove o aquecimento convectivo de grande escala nesse período, que pode forçar a MJO, seguindo a ideia que esse aquecimento possa forçar ondas equatorias. POREM Nem estudos estatisticos ou de modelagem foram habeis em apoiar essa teoria.

11 (2) Convecção local de curta duração foi tambem proposta como um mecanismo que possa gerar energia para manter a MJO. POREM a escala espacial das ondas geradas por essa forçante convectiva são muito pequenas para representar diretamente a MJO Trabalhos recentes sugerem que a convecção pode forçar a MJO indiretamente, “energizando” perturbações em escala sinótica que irão então alimentar a MJO. Essa teoria ainda está sendo explorada.

12 (3) Interação com disturbios de latitudes médias
“ o acoplamento da MJO e de disturbios baroclinicos de lat.medias pode amplificar a MJO” (fornecer energia para manter a MJO contra outros fatores tais como a fricção) Dois problemas com essa teoria: Interações entre os tropicos e lat. edias estão confinados no Pacifico central e leste (onde a MJO é fraca) Analises estatisticas desses links não mostram fortes sinais. Atualmente essa teoria não tem forte suporte.

13 Teorias de Forçantes Internas
Duas teorias atualmente: “wave CISK”; and Retroalimentação de evaporação da superfície (“WISHE”) Comum às duas teorias: procuram fontes locais de instabilidade que suportem o crescimento dos padrões atmosféricos característicos da MJO Teorias de Instabilidade para a região tropical se baseiam fortemente em um link com a convecção , já que ela é a maior fonte de instabilidade nessa região ENTÃO Ambas teorias (onda-CISK e WISHE) se baseiam na geração de convecção como forçante da MJO

14 Teoria onda-CISK básica
Idéia básica da CISK: a convergencia de umidade na camada limite planetaria em uma região de baixa pressão força a convecção a se organizar em mesoescala, ao inves de em nuvens individuais - a teoria onda-CISK extende essa ideia ligando a convergencia de umidade na camada limite com a instabilidade em ondas equatoriais Kelvin. MAS para fazer ese trabalho na escala da MJO, ao inves das ondas de Kelvin individuais, é necessário mais um passo nessa teoria: que o transporte de umidade na camada limite tambem se concentra em outras ondas na região. a fricção causando a convergencia na região tambem precisa agir enfraquecendo ondas menores para essa teoria funcionar. Estudos observacionais e numéricos tem confirmado os diferentes aspectos dessa teoria MAS alguns cientistas argumentam que a convecção é ligada mais à evaporação local na superfície que ao transporte de outras regiões. - isso leva ao outro mecanismo forçante interno da MJO:

15 (2) WISHE - “Wind Induced Surface Heat Exchange”
Linka a fonte de evaporação à instabilidade na MJO E requer que já exista uma onda de Kelvin com estrutura de escala planetária E que o vento médio de superfície seja de leste POREM, essa combinação de fatores leva a um máximo de evaporação a leste do pico da MJO, ao inves de ser a oeste (como observado) Essa diferença entre a teoria e a observação tem que ser explicada antes de que se possa usar para explicar a geração da MJO. Apesar disso, alguns cientistas sugerem que a teoria da evaporação da superfície podem ajudar a manter a MJO, mesmo sem gerá-la.

16 Papel da MJO na variabilidade atmosférica e oceanica
– disturbio na convecção e na circulação (predominantemente no vento zonal) - mais proeminente durante o final da primavera e no verão austral - Se propaga na direção lste, ao longo do equado, através do oceano Indico e o leste do oceano Pacifico, com um periodo aproximado de dias. A MJO foi inicialmente identificada atraves de filtragem espectral de dados de radiosondas de estações ao redos dos tropicos. - Desde então, uma variedade de outras variaveis e abordagens de filtragem foram usadas para refinar a descrição da MJO e explorar sua variabilidade - o sinal da MJO não é constante atraves das estações do ano ou de ano a ano. - A MJO é mais forte no verão austral (DJF) e em anos neutros de ENSO. - A MJO tende a ser suprimida durante eventos fortes de El Nino ou La Nina.

17 A MJO mostra um leque de impactos na atmosfera tropical
Nos estudos iniciais foi associado a variações locais de precipitação modula as fases ativas e de pausa das monçoes Asio-Australiana and Africana A passagem da MJO foi associada com o inicio, as fases ativa e paua do sistema de monção Australiana Um estudo da variação intrasazonal na convecção tropical em todas as escala de tempo revelou uma hierarquia da atividade convectiva

18 - A MJO fornece um “envelope” de convecção aumentada ou diminuida
Dentro da fase ativa, convecção de escala sinótica (“super aglomerado de nuvens- super cloud clusters” or SCC) se propaga para leste dentro do envelope da MJO, a uma velociade maior que a do envelope. cosistente com suas caracteristicas sinoticas, o SCC tem escala espacial de 2000–4000 km e escala temporal de cerca de 10 dias Os SCCs são compostos de Complexos Convectivos de Mesoescala (MCCs), que são sistemas de tempestades quase-circlares com escalas espaciais de umas poucas centenas de Km e escala tempora de cerca de um dias (esses sistemas são fortemente influenciados pelo ciclo diário)

19 Fig Esquema mostrando a variabilidade intrasazonal (ISV; elipses inclinadas) de complexos de nvens de grande-escala. Super aglomerdos de nuvens (SCC; linhas fortes inclinadas) se propagam dentro do ISV. Tanto o ISV e o SCC se propaga para leste. O destaque na direita da figura mostra a estrutura de menor escala da SCC. Aglomerados de nuvens na escala de umas poucas centenas a 1000 Km se propagam para oeste dentro do SCC. Esses aglomerados de nuvens se desenvolvem, ficam maduros e decaem em uns poucos dias.

20 - A fase ativa da MJO foi ligada ao aumento da frequencia de ciclones tropicais comparado com a fase inativa Organização convectiva de mesoescala no Pacifico equatorial oeste aumenta com a passagem da MJO, tal que os CCMs foram evidentes logo antes do maximo da convecção associado com a passsagem da MJO e os ciclones tropicais em seguida.

21 Analise do impacto da MJO na atividade de ciclones tropicais no leste do Pacifio e oeste do Atlantico, suas trajetorias e nas anomalias dos ventos em 850 hPa.

22 Link da passagem da MJO atraves do Pacifico desenvolvendo intensa precipitação de inverno no oeste da America do Norte.

23 Modulação da MJO na América do Sul
Jones and Carvalho (2002)

24 IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS
JJA

25 IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS
DJF

26 LINKS SOBRE MJO Madden-Julian Oscillation Real Time Forecasts
explore more about the MJO in the COMET webcast, The Madden-Julian Oscillation Life Cycle presented by Dr. Roland Madden, Real-time Multivariative MJO index, Australian BOM, Explore more about the Role of the MJO in Oceanic and Atmospheric Variability in the COMET webcast presented by Dr. Klaus Weickmann