Conexão entre a TSM e a ZCAS

1. Conexão entre a TSM e a ZCAS Tatiane Felinto Barbosa 2007

2. 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

3. 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.

4. 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);

5. 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

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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;

10. 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.

11. 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)

12. 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

13. 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 OBJETIVO

14. 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);

15. 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.

16. 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);

17. 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.

18. 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)

19. METODOLOGIA Experimento MCGA

20. METODOLOGIAExperimento 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”.

21. METODOLOGIAExperimento 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.

22. 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.

23. RESULTADOExperimento 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 .

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

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

26. RESULTADOExperimento 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.

27. RESULTADOExperimento 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.

28. Saldo negativo Saldo positivo Ganho de energia Perda de energia Maior incidência de ROC Menor incidência de ROC Menor convecção Maior convecção RESULTADOExperimento com o MCGA AF AQ -

29. 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 Saldo de radiação com o mesmo sinal a anomalia de TSM imposta “Feedback” negativo (fluxo de calor e ATSM)

30. RESULTADOExperimento 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.

31. RESULTADOExperimento 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).

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

33. 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;

34. 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.

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

36. 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.

37. 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.

38. 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%).

39. RESULTADOS

40. RESULTADOS

41. RESULTADOS

42. 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.

43. 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.

44. ... 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)