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Conexão entre a TSM e a ZCAS
Tatiane Felinto Barbosa2007
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 ZCASQuadro (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 escalaQuadro (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
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.
EFEITOS TÉRMICOS
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;
EFEITOS DINÂMICOS
Origem e Manutenção
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.
EFEITOS REMOTOS
Origem e Manutenção
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 NUMÉRICOSMCGA 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);
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 meridionaldas correntes oceânicas.
MODELOS NUMÉRICOS
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
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;
Simulação de Controle (CTR)
Anomalia Quente (AQ)
Anomalia Fria (AF)
METODOLOGIA Experimento MCGA
“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;
METODOLOGIAExperimento MCGO MOM
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”.
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).
METODOLOGIAExperimento MCGO MOM
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.
RESULTADOExperimento com o MCGA
Figura: Média de ROL (Wm-2): a) CTR, b) AF, c) QF .
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.
RESULTADOExperimento com o MCGA
Diferença entre média de ROL (Wm-2) dos experimentos AF-CTR (a), AQ-CTR (b).
RESULTADOExperimento com o MCGA
Campo de vento, divergência de umidade específica (entre 1000 e 500 hPa) e pressão.
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.
RESULTADOExperimento com o MCGA
Figura: Campo do vento em 200 hPa.
Desintensificação da Alta da Bolívia e
Cavado do Nordeste
Intensificação da Alta da Bolívia
(leste) e Cavado do Nordeste (norte)
RESULTADOExperimento 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 níveisinstabilização da atmosfera
nebulosidade
Diminui a radiação de onda curta
Desintensifica a anomalia de TSM
RESULTADOExperimento com o MCGO
Figura: Diferença entre a TSM dos experimentos.
Ausência de nuvens epadrão na circulação em baixos
níveis.
Similar ao saldo de
energia – TSM associado a
ROC.
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.
RESULTADOExperimento com o MCGO
Figura: Velocidade de bombeamento de Ekman (contorno) e a advecção vertical de temperatura (sombreado).
Resfriamento devido ao bombeamento deEkman – circulação cliclônica em baixos níveis(ZCAS)
“Feedback” negativo termodinâmico >
“Feedback” negativo dinâmico
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;
CONCLUSÕESMCGO
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)