Conexão entre a TSM e a ZCAS Tatiane Felinto Barbosa 2007

SUMÁRIO Introdução ZCAS (Características, padrões da circulação, origem e manutenção) Interação entre a ZCAS e a TSM do Atlântico Sul Objetivo Modelos Numéricos (MCGA e MCGO) Experimentos Dados Metodologia Resultados Conclusões

INTRODUÇÃO Atmosfera e oceano – principais componentes do sistema climático. Apresentam características físicas distintas. Densidade, capacidade térmica e inercial do oceano é muito maior em relação a atmosfera. Variações nas propriedades físicas do oceano ocorrem em escala de tempo maior que as da atmosfera. Interação – Interface: - gradientes de temperatura e densidade acentuados; - dinâmica acoplada através dos processos de troca de calor e momentum; Oceano (TSM) – atmosfera: a TSM influencia no aquecimento e aumenta a umidade – circulação (escala de tempo e clima). Atmosfera – Oceano: atmosfera dirige a circulação dos oceanos através dos fluxos de momentum e calor; TSM (condição de contorno) força anomalias climáticas (interanual, sazonal e intrasazonal) através dos fluxos de momentum e calor.

INTRODUÇÃO Padrões de TSM do Atlântico modulam a posição e intensidade da precipitação sobre a Amazônia (Liebman e Marengo, 2001); Variabilidade da ZCAS associada a variabilidade da TSM (Robertson e Mechoso, 2000; Barreiro et al., 2002);

ZCAS É uma persistente faixa de nebulosidade com orientação noroeste/sudeste, que se estende do sul a Amazônia ao Atlântico Sul-central associada a uma zona de convergência em baixos níveis (Kousky, 1988). Períodos de enchente na região sudeste e veranicos na região sul estão associados a ZCAS no sudeste e vice-versa

Características da ZCAS Quadro (1994) Presença do vórtice ciclônico em altos níveis sobre o NEB e oceano Atlântico Tropical; Penetração de sistemas frontais oriundos do sul do continente sul americano; Orientação NW-SE da faixa de nebulosidade desde a região da Amazônia até o Atlântico.

Padrões na circulação de grande escala Quadro (1994) Cavado semi-estacionário em 500 hPa a leste dos Andes; Faixa de vorticidade relativa anticiclônica em 200 hPa orientada na mesma direção da ZCAS; Movimento ascendente (ω<0) na região das ZCAS em níveis médios; Forte gradiente de θe em 500 hPa (contraste de massas de ar); Penetração de ar frio ao sul da faixa de nebulosidade em baixos níveis; Região de convergência de umidade.

Origem e Manutenção EFEITOS TÉRMICOS liberação de calor latente na América do Sul: o aquecimento localizado sobre o continente apresenta papel fundamental para a existência dessas zonas de convergência; efeitos de temperatura da superfície do mar do Atlântico; alinhamento da ZCAS com região de forte gradiente de TSM.

Origem e Manutenção EFEITOS DINÂMICOS dinamicamente, a formação de um cavado na baixa troposfera com orientação NW-SE e de um anticiclone em ar superior, está associada à resposta estacionária da atmosfera a uma forçante localizada de calor; confluência de baixos níveis associada aos Andes; a influência dos Andes parece ser decisiva na posição e confinamento do campo de baixa pressão nos baixos níveis (Baixa do Chaco) em resposta à liberação de calor latente na Amazônia/Brasil Central;

Origem e Manutenção EFEITOS REMOTOS efeitos remotos na manutenção do cavado a ela associado: estudos numéricos indicam que a posição da ZCPS tem fundamental importância no estabelecimento e controle da ZCAS, via “ancoramento” do cavado em altitude. Casarim e Kousky (1986) mostraram que a convecção na região centro-oeste do Pacífico, especificamente na ZCPS, implicava numa posterior intensificação da ZCAS, sugerindo um mecanismo de propagação do tipo oscilação de 30-60 dias.

Influência do acoplamento entre a escala convectiva (aquecimento via liberação de calor latente) e dinâmica (abaixamento da pressão contribui para a manutenção e intensificação da convergência de massa e vapor d’água)

Interação entre a TSM do Oceano Atlântico Sul e a ZCAS (Interactions between sea surface temperature over the South Atlantic Ocean and South Atlantic Convergence Zone) Chaves, R. R.; Nobre, P. Geophysical Research Letters 2004

OBJETIVO A VARIABILIDADE INTRASAZONAL E INTERANUAL DA CONVECÇÃO DE VERÃO SOBRE A AMÉRICA DO SUL , PRINCIPALMENTE ASSOCIADA A ZCAS, ESTÃO RELACIONADAS AOS PADRÕES DE TSM DO OCEANO ATLÂNTICO

MODELOS NUMÉRICOS MCGA CPTEC-COLA Versão T62L28 (trucamento no número de onde 62 e 28 níveis sigma); Equações primitivas: continuidade de massa para ar seco e vapor d’água, Primeira lei da termodinâmica e as do movimento; Formulação explícita da vegetação e interação com atmosfera (SIB);

MODELOS NUMÉRICOS MCGO MOM MOM2 Representação em diferenças finitas; Domínio norte-sul: 40S a 40N; Resolução zonal de 1,5 e meridional de 0,5 nos trópicos (10S – 10N) Incremento linear de 3,5 entre 10S a 40S e 10N a 40N; 20 níveis na vertical (profundidade máxima de 2000 m) - 19 níveis entre 0 e 400m Condição de contorno superior: tensão do vento e fluxo de calor. Variáveis prognósticas: temperatura, salinidade, componentes zonal e meridional das correntes oceânicas.

EXPERIMENTOS Experimentos atmosféricos: usa campos de TSM para forçar o MCGA (atmosfera ativa e oceano passivo); Experimentos oceânicos: usa os fluxos de momentum e radiação de onda curta obtidos dos experimentos com o MCGA para forçar o MCGO (oceano ativo e atmosfera passiva);

DADOS Campos climatológicos mensais da reanálise do NCEP-NCAR com resolução espacial de 2,5 para as seguintes variáveis: Radiação de onda curta líquida (OC); Radiação de onda longa líquida (OL); Fluxo de calor latente (CL); Fluxo de calor sensível (CS); TSM mensal do NCAR com grade de 1x1.

METODOLOGIA Experimento MCGA Simulação de Controle (CTR) TSM do NCEP (nov/2000 – fev/2001) como condição de contorno; Integração por 120 dias; Condições iniciais: análise das 12 UTC do NCEP dos dias 01 de novembro de 1995, 1996, 1998, 1999 e 2000; Análise de DFM da média do conjunto; Anomalia Fria (AF) Anomalia Quente (AQ)

METODOLOGIA Experimento MCGA

METODOLOGIA Experimento MCGO MOM “Spin-up”: modelo rodado por 31 anos utilizando componentes zonal e meridional da tensão do vento da climatologia da rodada do €PTEC-COLA (1982-1991) de Cavalcanti et al (2002) e fluxo de radiação de onda curta da climatologia do Smithsoniam Meteorological Table; OBJETIVO: avaliar como a TSM do Atlântico Sul responde às variáveis atmosféricas resultantes dos experimentos com o MCGA; Experimento OCTR: fluxo de momentum e radiação de onda curta da simulação CTR; Experimento OF: fluxo de momentum e radiação de onda curta da simulação AF; Experimento OQ: fluxo de momentum e radiação de onda curta da simulação AQ. OBS: integração de nov/mar usando como “restart” o último mês de outubro da rodada de “spin-up”.

METODOLOGIA Experimento MCGO MOM Objetivo 2: avaliar a importância relativa entre os processos de “feedback” dinâmico e termodinâmico; Experimento OCTR1, OF1 e OQ1: fluxo de momentum atmosférico dos experimentos CTR, AF e AQ e fluxo de onda curta prescrito pela climatologia da Smithsonian Meteorological Tables (Rosati e Miyakoda, 1988). Tabela: Características dos experimentos com o MCGO: condições de contorno.

Os mecanismos que podem causar variação na TSM do Atlântico sul são os processos de bombeamento de Ekman e a variação na quantidade de radiação incidente na superfície do oceano.

RESULTADO Experimento com o MCGA Max convecção – norte max anomalia + de TSM e sul da língua de águas quente do oceano. Diminuição da convecção na parte leste e central da AS Max convecção – sobre a língua de água quente e ao norte de max anomalia + de TSM. Figura: Média de ROL (Wm-2): a) CTR, b) AF, c) QF .

RESULTADO Experimento com o MCGA Diferença entre média de ROL (Wm-2) dos experimentos AF-CTR (a), AQ-CTR (b).

RESULTADO Experimento com o MCGA Campo de vento, divergência de umidade específica (entre 1000 e 500 hPa) e pressão.

RESULTADO Experimento com o MCGA Figura: Diferença do fluxo de umidade específica, componente divergente do fluxo de umidade específica (sombreado) e vento entre 1000 e 500 hPa.

RESULTADO Experimento com o MCGA Desintensificação da Alta da Bolívia e Cavado do Nordeste Intensificação da Alta da Bolívia (leste) e Cavado do Nordeste (norte) Figura: Campo do vento em 200 hPa.

RESULTADO Experimento com o MCGA AF AQ - Saldo negativo Ganho de energia Maior incidência de ROC Menor convecção Saldo positivo Perda de energia Menor incidência de ROC Maior convecção

Saldo de radiação com o mesmo sinal a anomalia de TSM imposta “Feedback” negativo (fluxo de calor e ATSM) Anomalia positiva de TSM Intensifica a ZCAS Alteração do vento em baixos níveis instabilização da atmosfera nebulosidade Diminui a radiação de onda curta Desintensifica a anomalia de TSM

RESULTADO Experimento com o MCGO Ausência de nuvens e padrão na circulação em baixos níveis. Similar ao saldo de energia – TSM associado a ROC. Figura: Diferença entre a TSM dos experimentos. Nebulosidade e padrão de vento associado a ZCAS modifica os padrões de intensidade da TSM. Processo de “feedback” negativo entre TSM e a convecção da ZCAS é dominante na região oceânica.

RESULTADO Experimento com o MCGO Resfriamento devido ao bombeamento de Ekman – circulação cliclônica em baixos níveis (ZCAS) “Feedback” negativo termodinâmico > “Feedback” negativo dinâmico Figura: Velocidade de bombeamento de Ekman (contorno) e a advecção vertical de temperatura (sombreado).

Velocidade de bombeamento de Ekman Advecção vertical de temperatura : taxa de aquecimento do oceano devido ao bombeamento de Ekman

CONCLUSÕES As anomalias de TSM sobre o Atlântico Sul podem modificar o padrão de convecção sobre a AS: MCGA Anomalia quente de TSM sobre o Atlântico: a) Intensifica a ZCAS na costa leste do Brasil e da sua porção oceânica; b) Move a ZCAS para norte da sua posição climatológica – favorece precipitação sobre o NEB e desfavorece sobre o Sudeste do Brasil; Anomalia fria de TSM sobre o Atlântico: a) Enfraquece o sistema sobre o continente; b) Desintensifica da porção oceânica da ZCAS e a convecção na costa leste do sul do NEB e Sudeste do Brasil;

CONCLUSÕES MCGO A nebulosidade associada a ZCAS favorece o aparecimento de anomalias negativas ou a desintensificação das anomalias positivas de TSM sob a ZCAS – menor incidência de radiação solar na superfície do oceano; Interações termodinâmicas envolvendo a radiação solar, a nebulosidade e a TSM são mais importantes que as interações dinâmicas através do bombeamento de Ekman (apenas para fortes eventos de ZCAS) ___________________________________________________ Na interação entre TSM do Atlântico sul e a convecção sobre a costa leste do Brasil e áreas adjacentes predomina um mecanismo de feedback negativo entre o oceano e atmosfera na região da ZCAS.

ZCAS em período de La Niña e El Niño Ferreira, N. J.; Sanches, M.; Silva Dias, M. A .F. 2004

DADOS Reanálises do NCEP-NCAR (2,5) nos níveis padrão isobáricos e nos horários 00, 06, 12 e 18 UTC de: Altura geopotencial; Temperatura do ar; Componentes zonal e meridional do vento; Umidade específica; Radiação de onda longa (ROL) do NOAA-CIRES; Período de estudo: dezembro, janeiro e fevereiro de 1980 a 2000.

METODOLOGIA Análise de casos de ZCAS identificados por: Quadro (1994), Kodama (1992), Sanches e Silva Dias (1996) e Climanálise (1982-2000). Características para identificar a ZCAS: a) Permanência de uma banda de nebulosidade por no mínimo 4 dias; b) Convergência de umidade na baixa troposfera; c) Penetração de ar frio ao sul da banda de nebulosidade; d) Presença de um cavado a leste da Cordilheira dos Andes em 500 hPa. e) Presença da alta da Bolívia em altos níveis e o cavado sobre o NEB ou um Vórtice Ciclônico; f) Uma faixa de vorticidade anticiclônica em altos níveis.

METODOLOGIA Para identificar os compostos: a) Identificação do domínio espacial que tem como referência os pontos onde os casos de ZCAS cruzam a costa leste do Brasil; b) Recorte de dados: 60 e 80 de longitude a leste e a oeste dos pontos de referência; 40 de latitude para norte e para sul a partir dos pontos de referência; c) Média aritmética desses pontos para a obtenção da posição média da ZCAS; d) Translação dos dados obtidos no passo b para uma nova grade (12,5N a 55S e 0 a 90W) e) Determinação de médias em campos mensais do comportamento em anos de atividade dos fenômenos El Niño (EN) e La Niña (LN); Teste de t-student para a análise comparativa entre compostos de ZCAS para anos de EN e LN (significância de 90%).

RESULTADOS

RESULTADOS

RESULTADOS

CONCLUSÕES Composto em anos de El Niño: 1) Interação entre a ZCAS e a ZCIT é menos efetiva ao longo do verão; 2) Atividade convectiva sobre o continente é menos intensa que a do composto de todos os anos e desloca ligeiramente para oeste; 3) Na faixa oceânica da ZCAS observou-se um setor cuja atividade convectiva é mais intensa; 4) O campo de geopotencial e altos níveis mostrou um prolongamento para o oceano (resposta a atividade convectiva e aos distúrbios transientes); 5) Áreas de anomalias negativas de vorticidade relativa em altos níveis associado a circulação da ZCAS e a circulação de grande escala.

CONCLUSÕES Composto em anos de La Niña: 1) Ocorrência simultânea mais efetiva entre ZCAS e ZCIT; 2) Atividade convectiva mais intensa sobre o continente; 3)A subsidência ao norte da ZCAS é inibida pela circulação de grande escala; ao sul da ZCAS verificou-se que a circulação estende-se para o continente modulando a convecção tanto na parte oceânica quanto sobre o continente.

... Que o futuro nos aponte uma resposta mesmo que a gente não veja; e que ninguém tente complicar,pois é preciso simplicidade para fazê-la florescer... E que minha loucura seja perdoada, porque meta de mim é alguém que ama Meteorologia e a outra metade... Também!!!!!” Márcio Aurélio Custódio (plágio)