Seminário Oceanografia Física MET-336-3 Viviane Regina Algarve.

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1 Seminário Oceanografia Física MET-336-3 Viviane Regina Algarve

2 The relative importance of ENSO and tropical Atlantic sea surface temperature anomalies for seasonal precipitation over South America: a numerical study L. P. Pezzi and I. F. A. Cavalcanti – Climate Dynamics (2001) 17: 205 - 212 A relativa importância ENOS e das anomalias das temperatura da superfície do mar no Atlântico Tropical para a precipitação sazonal na América do Sul: um estudo numérico

3 Cronograma da apresentação: Introdução Dados e Metodologia Simulações Sazonais Resultados Exemplos aplicativos Referências utilizadas

4 Esquema da circulação do Vento sobre o Pacífico Equatorial (célula de Walker) em condições normais Esquema da circulação do Vento sobre o Pacífico Equatorial (célula de Walker) em condições de El Niño Introdução

5 "padrão de dipolo: padrão de anomalias de TSM sobre o Atlântico Tropical associado a anomalias pluviométricas sobre o Nordeste Moura e Shukla 1981; Nobre e Shukla 1996 e Uvo et al.1998: Dipolo do Atlântico: anomalias positivas de TSM sobre a bacia tropical de Atlântico norte (2.5°N-17.5°N / 50°W-20°W) e ventos do nordeste fracos e anomalias negativas da pressão do nível de mar (SLP) sobre o Oceano Atlântico norte – fase quente do dipolo; anomalias negativas de SST sobre a bacia do atlântico sul tropical (17.5S-2.5S/35W-5W) e ventos do sudeste intensos e anomalias positivas de SLP sobre o Atlântico Sul – fase fria do dipolo Pezzi e Cavalcanti, 2001

6 dipolo positivo (a) : quando Atlântico Norte tropical está mais quente que o normal e as águas do Atlântico sul tropical, mais fria do que normal, havia uma diminuição de chuva durante a estação chuvosa de Nordeste. (???) dipolo negativo (b): quando Atlântico Norte está mais frio do que normal e o Atlântico Sul mais quente que o normal a estação chuvosa do Nordeste ficaria com mais condições de chuva que o normal.(???) seco chuva Dipolo positivo Dipolo negativo

7 Introdução Pezzi e Cavalcanti, 2001 - Hastenrath e Heller 1977 Atlântico tropical tem uma grande influência na estação chuvosa de Nordeste; - Moura e Shukla (1981), Servain (1991) e Nobre e Shukla (1996) o dipolo da temperatura de superfície do mar (TSM) sobre o Atlântico tropical; - Kousky (1984); Aceituno (1988); Kousky e Ropelewski (1989); Rao e Hada (1990); Marengo e Hastenrath (1993); entre outros: ENOS (episódios quente (El Niño)) associados com o ocorrência estação chuvosa mais seca - regiões do Amazonas e do Nordeste; - Nobre e Shukla 1996, Chang et all os 1997; Souza e Nobre 1998: estudos observacionais mostraram dipolo atlântico influenciam a América do Sul na estação chuvosa do Nordeste.

8 FINALIDADE: análises de precipitação na América do Sul, em especial sobre o Nordeste do Brasil, na estação chuvosa (março,abril e maio) durante episódios de ENSO (El Niño e La Ninã) ajustando a Temperatura do Oceano Atlântico Tropical (dipolo positivo e negativo) e verificando os resultados obtidos. IMPORTÂNCIA: estudar modalidades climáticas observadas em grande escala do oceano-atmosfera - Pacífico tropical relativo aos ciclos do ENOS, e sobre o Atlântico ao teste padrão das fases de dipolos. Pezzi e Cavalcanti, 2001

9 Dados e Metodologia Pezzi e Cavalcanti, 2001 5 condições iniciais diferentes em cada caso: 5 integrações; período: dezembro até junho do ano seguinte (6 meses e meio de integração); Modelo de Circulação Global do CPTEC/COLA modelo espectral ( método de discretização das equações... ) parametrização Kuo, (Kuo,1974) (parametrização da Convecção) T42L18 (42 níveis horizontais e 18 verticais) com grade de resolução de 2,5 X 2,5; Casos de integrações – utilizou-se TSM persistida sobre o período de simulação.

10 ATSM Anomalia = Observada - Climatológica Observada = Anomalia + Climatologia TSM PERSISTIDA Anomalias são adicionadas a TSM climatológica para produzir as condições de contorno - a TSM reconstruída tem grade de resolução 1 X 1, (Reynolds e Smith, 1994) Dados e Metodologia

11 Previsão Climática Sazonal do CPTEC/INPE - Esquema Operacional

12 Dados e Metodologia Pezzi e Cavalcanti, 2001 Condições de El Niño: 5 dias de dezembro 1997 (24-28) – El Niño bem desenvolvido Pacífico Tropical. Condição de contorno usada foi anomalia de TSM de dezembro de 1997 (El Niño forte) Atlântico tropical - substituídas por composição de anomalias de TSM que caracterizariam as duas fases do dipolo Atlântico e foram integradas até junho 1998. Condições de La Niña: 5 dias de dezembro 1988 (24-28) - para as simulações de dois conjuntos; Nos dois conjuntos - o modelo foi integrado até junho 1989 e as anomalias tropicais do Atlântico foram substituídas pela fase quente e pela fase fria do dipolo Atlântico

13 Simulações sazonais Experimento I - El Niño e as condições da fase quente do dipolo no Atlântico Pezzi e Cavalcanti, 2001 Anomalia negativa de precipitação no Nordeste e na região Amazônica e anomalias positivas no centro-sul da América do Sul

14 Pezzi e Cavalcanti, 2001 mecanismo de chuva no norte do Nordeste é a ZCIT e nesses meses MAM ela tende descer para o sul de sua posição; Fig. 2 os ventos vindo de sudeste estão forte impedindo a ZCIT descer para posição que poderia favorecer as chuvas no Nordeste. A confluência ocorrer em 5N + -

15 Pezzi e Cavalcanti, 2001 Fig 3a - estrutura vertical UR e vetor vento (zonal e vertical), entre 15-5 S. forte movimento ascendente sobre a região do Pacífico tropical onde as anomalias de TSM são positivas ocorrem e excesso de umidade na atmosfera dos baixos até altos níveis. movimento descendente (80 e 20W) redução de U no leste da Amazonas, Nordeste e parte do Oceano Atlântico Sul. Fig 3b -Circulação meridional (norte/sul) (35W- 0): célula de Hadley movimento descendente e baixa UR sobre o Atlântico Sul, e movimento ascendente sobre o Atlântico Norte quente. 100W 60W equador N S

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17 Simulações sazonais Experimento II - El Niño e as condições da fase fria do dipolo no Atlântico Pezzi e Cavalcanti, 2001 a influência forte desse El Niño para a AS: produz falta de chuva na região Amazônica e no sul do Nordeste. anomalia positiva de chuva ocorre no nordeste do Nordeste. As condições de seca sobre outras partes do Nordeste são menores quando comparados com o experimento I. - + El Niño

18 Pezzi e Cavalcanti, 2001 Atlântico tropical favorece a posição ZCIT mais ao sul do que no experimento I, Oceano Atlântico. simulação intensificou ventos vindo de nordeste sobre o Atlântico Norte frio. Chuva no centro-sul do AS não muda importante ressaltar as condições do Atlântico não afetam tanto quanto a influência do El Nino no Pacifico nesse caso -

19 Pezzi e Cavalcanti, 2001 Fig a: estrutura vertical (zonal) são similares ao mostrado na simulação com dipolo quente sobre o Oceano Pacífico. AS tropical, incluindo Nordeste (60W e 30W), valores de anomalias umidade são menores que do experimento I. Fig b: estrutura vertical da circulação meridional. movimento ascendente sobre o Oceano Atlântico tropical Sul e movimento descendente sobre o Atlântico Norte. área seca está localizada sobre o Atlântico Norte Tropical

20 Simulações sazonais Experimento III - La Niña e as condições da fase quente do dipolo no Atlântico Pezzi e Cavalcanti, 2001 área extensa com falta de chuva (deficit) no Nordeste e na região Amazônica. impacto maior ocorre nas áreas do interior do Nordeste (menos chuva) a precipitação excessiva ao Norte da descrita acima (associada à posição para o norte do ZCIT sobre a bacia tropical de Atlântico norte). centro/sul da AS há anomalia positiva de chuva, menores do que o encontrado no experimento I. + -

21 Pezzi e Cavalcanti, 2001 ventos na superfície são mais fortes sobre o Oceano Atlântico Sul do que no Atlântico Norte, implicando uma região de confluência ao norte do Equador, próximo a área que tem anomalia positiva de chuva. +

22 Pezzi e Cavalcanti, 2001 Fig a: anomalias RH e do vento sobre Oceanos Pacífico e Atlântico Tropicais indicam: o mov. descendente sobre o Pacífico anomalias negativas de TSM e extremo Nordeste e no Atlântico Sul (deficit da UR). Fig b: circulação meridional com aquecimento térmico: subsidência e baixa umidade no sul e ascendência e alta umidade na parte norte da célula é consistente com a fase quente do dipolo Atlântico.

23 Simulações sazonais Experimento IV - La Niña e as condições da fase fria do dipolo no Atlântico Pezzi e Cavalcanti, 2001 anomalia de TSM é negativa sobre Atlântico Norte positivo no Atlântico Sul. Importante: Configuração de TSM no Atlântico > associada com um sinal inverso de anomalia de chuva sobre o Nordeste, diferente com relação ao experimento III. + -

24 Pezzi e Cavalcanti, 2001 anomalias positivas de chuva sobre o Nordeste é pela posição ao sul da ZCIT; Chuva abaixo do normal ocorre na banda leste-oeste do Equador e AS tropical. ventos superfície sofrem confluência ao sul do Equador e com ventos fortes vindo de nordeste da região fria do dipolo. -

25 Pezzi e Cavalcanti, 2001 Fig a: estrutura vertical da circulação leste-oeste é similar o que encontramos no experimento III sobre o Oceano Pacífico. Atlântico quente, o movimento ascendente somente para leste de 20W e onde há excesso de umidade na atmosfera; Fig b: perfil meridional - circulação térmica, ascendência sobre o Atlântico Sul (coincide excesso H) descendência sobre o Atlântico Norte (coincide com o deficit de H)

26 Resultados Condições contorno: ENSO (EL Niño) em 1997/1998, forte episódio quente e ENSO (La Niña) de 1988/1989, forte episódio frio. Wagner (1996) chuva no Nordeste de Brasil é particularmente sensível ao gradiente de TSM entre os hemisférios e o posicionamento da da ZCIT. Experimentos forçados pelo dipolo de TSM poderiam ser reproduzidos usando apenas um gradiente entre os hemisférios de TSM. Os resultados devem ser interpretados como um estudo de caso e não como uma conclusão geral.

27 Resultados 1) Eventos quente e forte de 1997/1998 foi verificado que os efeitos do ENOS eram dominantes, tanto em El Nino como em La Nina. 2) Evento frio de 1988/1989 os efeitos encontrados foram o Dipolo dominantes sobre a região de Nordeste Brasil. Dipolo Atlântico tem forte influência durante as condições de EL Nino influenciando somente a região do Nordeste de Brasil, mudando o sinal das anomalias da precipitação sobre o norte de Nordeste e a intensidade de anomalias negativas da precipitação sobre esta região. Outras regiões como Amazonas e parte da América do Sul são influenciados somente pelas anomalias de TSM no Pacífico.

28 Resultados 3) C ondições de La Nina, a precipitação sobre toda a América do Sul é dependente do dipolo tropical: o Nordeste mostra precipitação acima do normal quando o Atlântico Sul tropical está mais quente que o normal e o Atlântico Norte mais frio que o normal. Há um deficit na precipitação quando há o dipole oposto. O dipolo Atlântico tropical afeta outras regiões de AS como Brasil central e sul: Anomalias opostas as ocorridas no Nordeste acontecem sobre a região central para o dipolo quente e sobre o sul do Brasil para o dipolo frio. Mecanismo: compensado pelo movimento ascendente e descendente relacionado à área tropical afetada diretamente pelo dipolo da TSM.

29 Exemplo de Aplicação

30 1) Dissertação de Mestrado do Sensoriamento Remoto

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35 CONCLUSÕES DO TRABALHO

36 Referências usadas: Pezzi e Cavalcanti, 2001 - Soppa, ª M. et all: Variabilidade temporal da temperatura superficial do mar e vento estimados por satélites e reanálises em áreas de recife de coral no Brasil. Anais XIII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, junho de 2007, Florianópolis, Brasil - Ping Chang1, Yue Fang1, R. Saravanan2, Link Ji1 & Howard Seidel: The cause of the fragile relationship between the Pacific El Nino and the Atlantic Nino, Vol 443/21 setembro de 2006, Nature Letters. - Bezerra, A C. N., Aspectos da circulação Atmosférica de Grande Escala sobre o Norte e Nordeste do Brasil relacionados com a Temperatura da superfície do Mar, Dissertação de mestrado, fevereiro de 2006 - UFCG, Pb. - Uvo, 1998, p.16 - Figura sobre a configuração do Dipolo Positivo e negativo. - Holton, J.R. Na Introduction to Dynamic Meteorology, Edição Fourth, International Geophysics Series, Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, v. 88, 2004. - INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS/ CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMATICOS (INPE/CPTEC). Disponível em:. Acesso em agosto de 2007.

37 OBRIGADA PELA ATENÇÃO!!

38 Primeiro Mês de Previsão Anomalias de TSM no Pácífico Tropical Previsão de Anomalia de TSM do NCEP Primeiro Mês de Previsão Último Mês de Previsão CC Inferior: Anomalia de TSM Anomalias de TSM no Atlântico Previsão de TSM no Atlântico - SIMOC/CPTEC Anomalias de TSM GLOBAIS NCEP Restante dos Oceanos: Anomalia de TSM Persistida Soma Último Mês de Previsão Condições de Contorno para a Previsão Numérica do GCM no CPTEC

39 Hastenrath and Heller, 1977 Em anos nos quais as TSM sobre o Atlântico Tropical Sul (entre a linha do equador e 15S) estão mais altas do que a média de longo período durante março-abril-maio (MAM) e o Atlântico Tropical Norte (entre 5N e 20N) está menos aquecido do que a média, há formação de um gradiente meridional de anomalias de TSM no sentido de norte para sul. Nessa situação observa-se concomitantemente pressão ao nível do mar (PNM) mais baixa do que a média sobre o Atlântico Sul e mais alta do que a média sobre o Atlântico Norte, os alísios de sudeste mais fracos do que a média e os alísios de nordeste mais intensos do que a média, o eixo de baixa pressão à superfície e confluência dos ventos alísios deslocado mais para sul, relativamente ao seu posicionamento médio, e totais pluviométricos acima da média sobre o norte do Nordeste Pezzi e Cavalcanti, 2001

40 Que é o El Niño-Oscilação Sul (ENOS) ? Talvez a melhor maneira de se referir ao fenômeno El Ninõ seja pelo uso da terminologia mais técnica, que inclui as caraterísticas oceanicas-atmosféricas, associadas ao aquecimento anormal do oceano Pacifico tropical. O ENOS, ou El Niño Oscilação Sul representa de forma mais genérica um fenômeno de interação atmosfera-oceano, associado a alterações dos padrões normais da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) e dos ventos alísios na região do Pacífico Equatorial, entre a Costa Peruana e no Pacifico oeste próximo à Austrália. Além de índices baseados nos valores da temperatura da superfície do mar no Oceano Pacifico equatorial, o fenômeno ENOS pode ser também quantificado pelo Índice de Oscilação Sul (IOS). Este índice representa a diferença entre a pressão ao nível do mar entre o Pacifico Central (Taiti) e o Pacifico do Oeste (Darwin/Austrália). Esse índice está relacionado com as mudanças na circulação atmosférica nos níveis baixos da atmosfera, conseqüência do aquecimento/resfriamento das águas superficiais na região. Valores negativos e positivos da IOS são indicadores da ocorrência do El Niño e La Niña respectivamente.

41 Padrão de circulação observada em anos de El Niño na região equatorial do Oceano Pacífico. Nota-se que os ventos em superfície, em alguns casos, chegam até a mudar de sentido, ou seja, ficam de oeste para leste. Há um deslocamento da região com maior formação de nuvens e a célula de Walker fica bipartida. No Oceano Pacífico Equatorial podem ser observadas águas quentes em praticamente toda a sua extensão. A termoclina fica mais aprofundada junto à costa oeste da América do Sul principalmente devido ao enfraquecimento dos ventos alísios. Figura gentilmente cedida pelo Dr. Michael McPhaden do Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL)/NOAA, Seattle, Washington, EUA.

42 La Niña Vamos tentar imaginar ? Com os ventos mais intensos, maior quantidade de água vai se acumular no lado oposto ao ventilador na piscina. Com isso, o desnível entre um lado e outro da piscina também vai aumentar. Vamos retornar ao Oceano Pacífico. Com os ventos alísios (que seriam os ventos do ventilador) mais intensos, mais águas irão ficar "represadas" no Pacífico Equatorial Oeste e o desnível entre o Pacífico Ocidental e Oriental irá aumentar. Com os ventos mais intensos a ressurgência também irá aumentar no Pacífico Equatorial Oriental, e portanto virão mais nutrientes das profundezas para a superfície do Oceano, ou seja, aumenta a chamada ressurgência no lado Leste do Pacífico Equatorial. Por outro lado, devido a maior intensidade dos ventos alísios as águas mais quentes irão ficar represadas mais a oeste do que o normal e portanto novamente teríamos aquela velha história: águas mais quentes geram evaporação e consequentemente movimentos ascendentes, que por sua vez geram nuvens de chuva e que geram a célula de Walker, que em anos de La Niña fica mais alongada que o normal. A região com grande quantidade de chuvas é do nordeste do Oceano Índico à oeste do Oceano Pacífico passando pela Indonésia, e a região com movimentos descendentes da célula de Walker é no Pacífico Equatorial Central e Oriental. É importante ressaltar que tais movimentos descendentes da célula de Walker no Pacífico Equatorial Oriental ficam mais intensos que o normal o que inibe, e muito, a formação de nuvens de chuva. Em geral, episódios La Niñas também têm freqüência de 2 a 7 anos, todavia tem ocorrido em menor quantidade que o El Niño durante as últimas décadas. Além do mais, os episódios La Niña têm períodos de aproximadamente 9 a 12 meses, e somente alguns episódios persistem por mais que 2 anos. Outro ponto interessante é que os valores das anomalias de temperatura da superfície do mar (TSM) em anos de La Niña têm desvios menores que em anos de El Niño, ou seja, enquanto observam-se anomalias de até 4, 5ºC acima da média em alguns anos de El Niño, em anos de La Niña as maiores anomalias observadas não chegam a 4ºC abaixo da média. Episódios recentes do La Niña ocorreram nos anos de 1988/89 (que foi um dos mais intensos), em 1995/96 e em 1998/99. "

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44 Esquema da Circulação Zonal na ocorrência de La-Niña e El-Niño (Fonte: Varejão-Silva. Meteorologia e Climatologia, INMET, 2001) Frente Fria Na condição de La Niña, há um favorecimento ao avanço das frentes frias, que atingem as regiões N e NE, provocando chuvas acima do normal para essas regiões. Na região S, no entanto, as chuvas são reduzidas, já que as frentes passam rapidamente pela região. Na condição de El Niño, há uma redução dos movimentos convectivos nas regiões N e NE, gerando um bloqueio ao avanço das frentes frias, que ficam semi-estacionárias no sul do Brasil, aumentando, assim, os níveis de chuva, especialmente nos estados da região Sul. Nas regiões N e NE as chuvas ocorrem abaixo dos índices normais. Bloqueio AB BA

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46 América do Sul El Niño é um fenômeno atmosférico-oceânico caracterizado por um aquecimento anômalo das águas superficiais no oceano Pacífico Tropical, que pode afetar o clima regional e global, mudando os padrões de vento em escala mundial, e afetando assim, os regimes de chuva em regiões tropicais e de latitudes médias. Na verdade, ocorre um ciclo de aquecimento/resfriamento (respectivamente, El-Niño e La-Niña) da superfície do oceano Pacífico ao longo dos anos. Nota-se que os ventos em superfície, em alguns casos, chegam até a mudar de sentido, ou seja, ficam de oeste para leste. Há um deslocamento da região com maior formação de nuvens e a célula de Walker fica bipartida.

47 La Niña representa um fenômeno oceânico-atmosférico com características opostas ao EL Niño, e que caracteriza-se por um esfriamento anormal nas águas superficiais do Oceano Pacífico Tropical. Alguns dos impactos de La Niña tendem a ser opostos aos de El Niño, mas nem sempre uma região afetada pelo El Niño apresenta impactos significativos no tempo e clima devido à La Niña Anomalia de temperatura da superfície do mar em dezembro de 1988. Plotados somente as anomalias negativas menores que -1ºC.

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49 Introdução Pezzi e Cavalcanti, 2001 dipolo positivo:quando a água sobre o Atlântico norte tropical estava mais quente que o normal do que Atlântico sul tropical (mais frio do que normal), havia uma diminuição de chuva durante a estação chuvosa de Nordeste. dipolo negativo:Atlântico norte mais frio do que normal e o Atlântico sul mais quente que o normal "um dipolo negativo" a estação chuvosa ficaria mais chuvosa que o normal. anomalias de TSM favorecem a ocorrência de gradientes meridionais de anomalias de TSM, os quais impactam fortemente na posição latitudinal da ZCIT modulando assim a distribuição sazonal de precipitação pluviométrica sobre o Atlântico Equatorial, parte norte do Nordeste do Brasil, até a parte central da Amazônia

50 Modelo de Circulação Geral Modelo de Circulação Geral Atmosférico: Métodos de discretização: Espectral: a superfície está contida numa grade mas os campos atmosféricos são manipulados em forma de ondas. As variáveis atmosféricas são transformados em grade espacial a cada passo de tempo via Transformada Rápida de Fourier e quadratura Gaussiana, retornando à formulação espectral via Transformada de Legendre e de Fourier. Esse método oferece uma melhor resolução do que o método da grade cartesiana.

51 Modelo de Circulação Geral

52 Modelo de Circulação Geral Atmosférico: Método de discretização espectral: Teorema de Fourier: estabelece que qualquer função periódica pode ser representada como a soma de ondas senoidais e cossenoidais Número de truncamento: é o número de ondas zonais que um modelo possui. Se um modelo tem 15 ondas zonais então diz-se que este foi truncado no número de onda 15. Este número dá a resolução de um modelo espectral. Por causa desse truncamento, às vezes provoca-se uma suavização da orografia.

53 Modelo de Circulação Geral