teleconexões atmosféricas em episódios de enso e

A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO
DE 9 A 12 DE OUTUBRO
TELECONEXÕES ATMOSFÉRICAS EM EPISÓDIOS DE ENSO E SUAS
INFLUÊNCIAS NA VARIABILIDADE CLIMÁTICA DO PANTANAL
1
CARLOS BATISTA SILVA
2
MARIA ELISA SIQUEIRA SILVA
Resumo: O objetivo dessa pesquisa foi analisar a existência de possíveis padrões de teleconexões
para fases neutra, positiva e negativa de ENSO e suas possíveis consequências na variabilidade
climática da região central da América do Sul. Para isso foram utilizados dados médios de vento
zonal e meridional, umidade específica e precipitação para a realização de compósitos para os anos
de 1982/1983 (El Niño), 1988/1989 (La Niña) e 1980 (fase neutra) e dados de vazão mensal do
Pantanal, no centro-oeste do Brasil. Os resultados das análises mostraram que algumas regiões dos
compósitos de TSM se comportam como forçantes térmicas, possivelmente, associadas às anomalias
de linha de corrente em 250 hPa e as modificações nos padrões de divergência (convergência) do ar
em altos (baixos) níveis da atmosfera. Além disso, observamos que o posicionamento das áreas de
TSM no Pacífico é fundamental dentro das relações de variabilidade do clima.
Palavras-chave: Teleconexões atmosféricas; ENSO; Pantanal; Variabilidade Climática.
Abstract: The objective of this research was to analyze of possible teleconnections standards for
neutral, positive and negative phases of ENSO and its possible consequences in climate variability in
the central region of South America. For this we used medium data zonal and meridional wind,
humidity specific and precipitation for conducting composites for the years 1982/1983 (El Niño),
1988/1989 (La Niña) and 1980 (neutral phase) and monthly flow data of the Pantanal, in the Midwest
of Brazil. The analysis results showed that some regions of the SST composite behave like thermal
driving forces possibly associated with the line current of 250 hPa anomalies and changes in the
divergence of standards (convergence) of the air at high (low) levels of the atmosphere . In addition,
we observed that the positioning of the TSM areas in the Pacific is one of the crucial climate variability
relations.
Keywords: atmospheric teleconnections; ENSO; Pantanal; Climate Variability
1
- Acadêmico do Programa de Pós-Graduação em Geografia Física da Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Letras e
Ciências Humanas (FFLCH). E-mail de contato: [email protected]
2
Docente do programa Departamento de Geografia da Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências
Humanas. E-mail de contato: [email protected]
7526
A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO
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1. Introdução
Tratada como um fluído dinâmico (Lorenz, 1963; Walker e Bliss (1932), a
atmosfera é marcada por um conjunto de elementos complexos, dentro de uma
perspectiva não-linear, num todo integrado em que há uma relações de trocas de
energia entre suas camadas e com outros meios naturais do sistema terrestre.
Um dos exemplos desta complexidade pode ser observado dentro da Teoria
das Teleconexões Atmosféricas (Walker e Bliss, 1932; Bjernkes, 1969, Hoskins e
Karoly,
1981,
Karoly,
1989,
Müller
e
Ambrizzi,
2007),
marcada
pelo
desencadeamento de anomalias atmosféricas em um ponto e com capacidade de se
propagar para áreas remotas. As contribuições de Walker (1924) e de Walker e Bliss
(1932) já haviam ressaltado a importância da interação da atmosfera com os
oceanos dentro de um conjunto de integração dinâmica. Essas duas contribuições
científicas mostraram a preocupação em compreender a sucessão de tempos dos
lugares como produto de interações no espaço tri-dimensional e os efeitos das
temperatura da superfície do mar, tratados como forçantes atmosféricas (Bjerknes,
1969), dentro do sistema climático.
De fato, inúmeros trabalhos já mostraram algumas das repercussões
desencadeadas pelas alterações da temperatura da superfície do mar (TSM) em
diversas regiões do globo. Dentre estes, podemos citar aqueles que se dedicaram
em demonstrar as interferências diretas e indiretas da atmosfera no comportamento
temporal das chuvas na América do Sul, como os desenvolvidos por Coelho, et al.,
(2002) e Aceituno (1987 e 1988), além daqueles que observaram o comportamento
dentro dos campos fluviais de rios na América do Sul, como os desenvolvidos por
Cardoso e Dias. (2006), Cardoso e Dias (2002), Cardoso (2005) e (Silva, 2012).
As contribuições de Hoskins e Karoly (1981), Horel e Wallace (1981), Karoly
(1989), Mo e Higgins (1987), Müller e Ambrizzi (2007), Saji e Yamagata (2003), Saji
et al., (2005), Taschetto e Ambrizzi (2011) dentre outros, trouxeram uma série de
conhecimentos específicos e detalhados das consequências causadas na atmosfera
pela existência de anomalias de temperatura nas superfícies oceânicas (forçantes
térmicas). Estas anomalias podem ser representadas por diversas manifestações e
padrões, como os que ocorrem com a formação dos dipolos, por exemplo.
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Os padrões de dipolo de TSM nos oceanos tropicais são capazes de gerar
diversas alterações nos campos atmosféricos, as quais podem ser observadas pelas
análises de anomalias da função de corrente em altos níveis e na propagação de
"trens de ondas" de Rossby a partir das regiões-fontes e, em direção a regiõesremotas, como mostraram Hoskins e Karoly (1981). Um exemplo de como isto
ocorre foi mostrado por Saji et al., (2005) em um estudo com o uso de um modelo
baroclínico.
Com base nos resultados obtidos por Saji e Yamagata (2003a) e por aqueles
descritos nas contribuições de Saji, et al., (2005), surgiram as motivações para a
realização desse estudo e, a partir de então, traçados campos da componente zonal
do vento em 250 hPa para os períodos de El Niño (1982/83), La Niña (1988/89) e de
TSM neutro (1980/81). Os resultados de análises obtidos supostamente mostram a
formação de "trens de ondas", associadas à supostas regiões de forçantes térmicas
de TSM do Pacífico, as quais se deslocassem até atingir a região central da América
do Sul, onde está inserido o Pantanal.
2. Metodologia
2.1. Dados e metodologia
A metodologia empregada dentro desse estudo foi dividida em 5 partes: (1)
análise das anomalias de TSM, (2) análise da componente zonal do vento em
250hPa, (3) análise de linha de corrente e divergência em 250hPa, (4) análise da
integral vertical da divergência do fluxo de umidade para os nível de 1000-700hPa e
(5) análise das anomalias de precipitação sobre a América do Sul. Todas os
resultados obtidos foram para dados médios dos segmentos temporais de 1980/81
(ano neutro), 1982/83 (El Niño) e 1988/89 (La Niña) e foram representados nos
conjuntos de Figuras 1, 2 e 3.
(1) Análise das anomalias de TSM: Para a realização dessa etapa foram
necessários dados de temperatura da superfície do mar (TSM) para os episódios de
1980/1981 (episódio neutro), 1988/1989 (episódios de La
Niña) e 1982/1983
(episódios de El Niño). Os dados de TSM foram descritos por Kaplan et al (1998) e
obtidos
junto
ao
site
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http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.kaplan_sst.html/.
Esses
dados
apresentam resolução espacial em grade 5 x 5 graus. Todos esses dados foram
tratados estatisticamente com a retirada do ciclo sazonal e tendência.
(2) Análise da componente zonal do vento em 250hPa: Para a realização
dessa etapa foram necessários dados da componente zonal de vento em 250hPa,
coletados
junto
ao
site
http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.surfaceflux.html,
para os mesmos períodos dos episódios de TSM. Também foram retirados o ciclo
sazonal e a tendência de longo termo e em seguida realizada a remoção da média
zonal da componente zonal do vento escrita como (a), com o intuito de observar os
padrões de escoamento em possíveis "trens de ondas" dentro dos altos níveis da
atmosfera
̅
(a)
em que u é a média zonal e u’ a anomalia em relação à média zonal.
(3) Análise de linha de corrente e divergência em 250hPa: Para a realização
dessa etapa foram necessários dados da componente zonal e meridional de vento
em
250hPa,
coletados
junto
ao
site
http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.surfaceflux.html,
para os episódios de 1980/1981 (episódio neutro), 1988/1989 (episódios de La
Niña) e 1982/1983 (episódios de El Niño). Esses dados foram submetidos a retirada
da tendência e do ciclo sazonal. A linha de corrente mais usual dentro da
meteorologia e oceanografia é expressa por Holton (2004).
𝑧. ∇𝜓 ≡ ( 𝜓𝑦, 𝜓𝑥, 0)
em que Z é um vetor unitário +z direção e os subscritos ψx e ψy indicam derivadas
parciais.
(4) Análise da integral vertical da divergência do fluxo de umidade para os
nível de 1000-700hPa: Para a realização dessa etapa do estudo foram necessários
dados
de
umidade
específica,
coletados
junto
ao
site
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http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.derived.pressure.htm
l, e dados da componente zonal e meridional de vento. Esses dados foram
submetidos a retirada do ciclo sazonal e tendência e integrados (somados seus
níveis verticais) de 1000-700hPa.
(5) Análise das anomalias de precipitação: Esses dados foram compilados e
obtidos
juntos
à
Universidade
de
(http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.UDel_AirT_Precip.htm),
Delaware
com
0.5
grau de resolução espacial para o período de 1900-200, usando o método descrito
de Legates e Willmott (1990). Esses dados foram submetidos aos cálculos de
retirada da tendência e de seu ciclo sazonal.
3. Resultados e Discussões
Os resultados das anomalias de TSM para o episódio de ENSO-neutro (ano
de 1980/81) mostram sinais positivos dentro da bacia do Pacífico Sul, próximo à
costa da América do Sul, e sinais negativos mais à oeste, na mesma faixa latitudinal,
dentro da bacia equatorial do Pacíico (Figura 1a). No setor extratropical do Pacífico
Sul, verificam-se anomalias positivas próximo ao mar de Ross e dentro da bacia do
oceano Índico é possível verificar anomalias positivas de TSM, com máximos
próximo à longitude de 60E. As anomalias negativas no hemisfério sul foram
observadas no setor centro-oeste do Pacífico subtropical, a oeste da costa da
Austrália e ao sul de Madagascar. Inserida dentro da teoria de ondas, a presença
dessas anomalias de TSM indicam a presença de possíveis forçantes oceânicas
acopladas aos sistemas climáticos (Hoskins e Karoly, 1981).
De fato, essas forçantes oceânicas são capazes de interferir nos padrões de
escoamento zonal e em outros campos atmosféricos locais e em suas áreas
adjacentes, por meio da propagação de "trens de ondas" preferencialmente
deslocados para leste (Rossby, 1945). Na
Figura 1a, supostamente a área
destacada com a letra "F" exerça um papel de forçante atmosférica.
Nos resultados de anomalia do escoamento zonal em 250hPa (Figura 1b) é
possível observar uma intensa anomalia negativa do escoamento zonal sobre a
região indicada pela letra "F", associado a sinais positivos, supostamente, sendo
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propagadas de oeste para leste em um padrão de "trens de ondas" em direção à
América do Sul, especificamente sobre toda a região centro-oeste e sudeste do
Brasil.
a)
c)
b)
d)
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e)
Figura 1. (a) Composição de Anomalias de TSM 1980/81. Letra " F" área de possível forçante
6
térmica. (b) Anomalia mensal de vento zonal (m/s) em 250 hPa x10 .(c) Anomalia de linha de corrente
-8 1
(m/s) e divergência de vento (x10 s- ) para 250 hPa. (d) Integral vertical da divergência do fluxo de
-8 1
umidade (x10 s- ). Áreas cinzas com 85% de significância estatística. (e) Anomalia de precipitação
para o período de 1980/81.
Sobre a região centro-oeste brasileira, sobretudo nos estados de Mato Grosso
do Sul e Goiás, é possível verificar movimentos anticiclônicos em altos níveis da
atmosferas, com ventos deslocando de sul para nordeste e com sinais de
divergência mais abrangente em altos níveis, supostamente, associados à
enfraquecimentos de movimentos convergentes em baixos níveis (Figura 1c).
Quando comparados os sinais mostrados (Figura 1c), com as dos mesmos campos
para os episódios de El Niño (Figura 2c) e La Niña (Figura 3c), é possível notar,
respectivamente, sinais mais fracos e mais extensos. Para os resultados integrados
verticais em baixos níveis da atmosfera (1000-700 hPa) da divergência do fluxo de
umidade, nota-se a presença de valores positivos e negativos bem zonais e de
sinais positivos sobre o estado sul-matogrossense (Figura 1d). Supostamente isso
estaria associado à um período mais seco (Figura 1e). Todos esses resultados
revelam que durante o episódios de ENSO-neutro, supostamente forçantes
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oceânicas negativas tenham interferido no escoamento em altos níveis atmosféricos
e contribuído com períodos mais secos sobre a região centro-oeste do Brasil.
Para o episódio de Niño (1982/83) é possível observar padrões de anomalias
de TSM, escoamento zonal e variáveis atmosféricas distintos daqueles observados
para episódios de ENSO-neutro.
Os resultados das anomalias de TSM para o episódio de El Niño (1982/83)
mostram valores acima da média para quase toda a bacia equatorial do Pacífico e
para partes da porção tropical sul, próximo ao continente sul-americano (Figura 2a).
Os sinais positivos mais expressivos observados para esse período foram
encontrados dentro da região de Niño1+2, próximo à costa oeste do Peru (Figura
2a). Em trabalhos anteriores, Drummont e Ambrizzi 2000 e Ambrizzi (2003)
evidenciaram a importância de considerar o posicionamento das anomalias ou
forçantes oceânicas durante os eventos de Niño, pois em distintos eventos de El
Niño, as ondas de Rossby apresentam diferentes fases e, consequentemente,
influenciam a atmosfera de formas distintas. Para o evento de El Niño de 1982/83 é
possível ver sinais muito expressivos de anomalias dentro da região de Niño1+2 e
Niño3 (regiões mais próximas à América do Sul), sugerindo uma possível área de
forçantes atmosféricas. Ainda sobre os padrões de TSM é possível observar,
circundando essas anomalias positivas, sinais negativos configurando um padrão
descrito por Cayan et al (2001), como horseshoes (padrão ferradura). A presença
destas anomalias negativas com intensidades relevantes, com valores absolutos
máximos entre 0,6 e 0,9, deve provavelmente perturbar os campos atmosféricos, o
que reforça a argumentação de Drummond e Ambrizzi (2003) e Ambrizzi (2003)
sobre as particularidades observadas em cada evento ENSO.
Os padrões de anomalia do escoamento zonal em 250hPa (Figura 2b)
evidenciam, supostamente, dois "trens de ondas" que se propagam em direção à
América do Sul, como mostrado na Figura 2b (Trem-A e Trem-B). Adicionalmente a
formação desses padrões de "trens de ondas", observa-se suas transferências de
oeste para leste, das latitudes tropicais mais baixas para latitudes tropicais mais
altas, próximas aos subtrópicos, como mostra o Trem-A. Esses padrões de
anomalias do escoamento zonal em altos níveis atinge a região central da América
do Sul com anomalias positivas de escoamento zonal em altos níveis (Figura 2b).
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A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO
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A Figura 2c mostra um forte escoamento de oeste em altos níveis, girociclônico sobre a região centro-oeste do Brasil e sinais positivos de divergência,
supostamente, indicando enfraquecimentos dos movimentos convergentes do fluxo
de umidade. Os resultados da integral dos movimentos verticais da divergência do
fluxo de umidade (1000-700) evidenciam sinais positivos em partes da faixa leste do
território brasileiro (concentrados nos estados do Sul-Sudeste) e em boa parte da
faixa central do país. Para a região do Pantanal é possível verificar sinais positivos
da divergência do fluxo de umidade mais concentrada em sua porção norte e sinais
negativos em suas extremidades sul e oeste. Os sinais negativos são claramente
observados dentro da região norte e em parte da região nordeste do país (Figura
2d). Os sinais positivos, supostamente estariam associados à períodos mais secos e
os sinais negativos à períodos mais chuvosos. Os resultados da Figura 2e evidencia
sinais positivos de chuva para partes associadas aos sinais negativos do fluxo de
umidade e anomalias negativas de chuva para algumas regiões associadas à sinais
positivos do fluxo de umidade (Figura 2e). Para as porções mais à oeste e sul do
Pantanal, identificadas diante de sinais negativos da divergência do fluxo de
umidade, é possível verificar sinais positivos de anomalia de precipitação (Figura
2e), já para as regiões mais ao norte, marcadas por sinais positivos da divergência
do fluxo de umidade, verificam-se sinais negativos de anomalias de chuva (Figura
2e).
a)
b)
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c)
d)
e)
Figura 2. (a), (b), (c), (d) (e), idem das Figuras 1a, 1b, 1c, 1d e 1e, para o episódio de El Niño de
1982/83
Por fim, para o episódio de La Niña registrada entre os anos de 1988/89 é
possível ver sinais negativos de anomalias de TSM distribuídas zonalmente dentro
das região de Niño1+2 até próximo às regiões de Niño3.4 (Figura 3a). Além disto,
verifica-se a presença de campos que configuram a formação do padrão
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horseshoes, na porção central tropical/subtropical do Pacífico Norte e Sul como
anomalias positivas (Figura 3a). Considerando essas anomalias de TSM como
forçantes atmosféricas é possível notar dentro da bacia equatorial do Pacífico o
surgimento de intensos sinais de anomalia negativa de vento zonal em altos níveis
que se estende dentro da bacia Sul do Pacífico em direção as regiões subtropicais,
promovendo a formação de um "trem de ondas" que se propaga em direção ao
continente sul-americano e oceano Atlântico, como indicado no Trem-A (Figura 3b).
Os resultados de linha de corrente em 250hPa (Figura 3c) indicam um giro
anti-ciclônico, associado à um forte escoamento de leste dentro da região norte,
nordeste e ao norte da região centro-oeste do Brasil. Sobre as regiões sul e quase
toda a região sudeste é possível observar giros-ciclônicos de linhas de correntes em
altos níveis da atmosfera. Os sinais da integral vertical da divergência do fluxo de
umidade (Figura 3d) indicam sinais positivos sobre partes do Pantanal, sugerindo
um enfraquecimento dos movimentos de convergência ou o fortalecimento dos
movimentos de divergência, o que supostamente estaria associado à períodos mais
secos sobre o Pantanal. A Figura 3d também mostra que para boa parte da região
sul, sudeste, sobre toda a costa litorânea do norteste, partes da região norte e toda a
porção centro-norte da região centro-oeste do país estiveram sobre o predomínio de
sinais negativos da divergência do fluxo de umidade, sugerindo uma intensificação
da convergência ou enfraquecimento da divergência, o que supostamente estaria
associado à períodos mais úmidos dentro dessas áreas (Figura 3e).
a)
b)
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c)
d)
e)
Figura 3. (a), (b), (c), (d) (e), idem das Figuras 1a, 1b, 1c, 1d e 1e, para o episódio de La Niña de
1988/89.
4. Conclusões
Estudos sobre os padrões atmosféricos em episódios distintos de eventos de
ENSO foram realizados. Foi verificado que os padrões de escoamento zonal em
250hPa, supostamente, estiveram ligados às anomalias de TSM para os episódios
de El Niño (La Niña) e em episódios neutros, o que configuraria possíveis
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associações com a propagação de "trens de ondas" e alterações nos campos
climáticos regionais da América do Sul.
De fato, os resultados discutidos evidenciam que os episódios de El Niño (La
Niña) selecionados se apresentaram com padrões contrários nos campos
atmosféricos para as análises de linha de corrente acoplada à divergência e
escoamento de vento em altos níveis. As manifestações dos sinais sobre essas
variáveis podem ser materializadas dentro dos campos de precipitação sobre a
região do Pantanal com anomalias positivas (negativas). De fato, todos esses sinais
contrários, supostamente, podem ser associados aos diferentes padrões de TSM
(associados às fases de ENSO) e aos possíveis padrões de "trens de ondas" que se
deslocam com sinais contrários da região do Pacífico equatorial/tropical para dentro
do continente Sul-Americano, modificando os padrões de escoamento sobre a
região de estudo, assim como em muitas outras regiões do país.
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de
Mestrado).
FFLCH/USP.
pág.
202.
Disponível
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