impacto da topografia boreal no clima global

Impacto da topografia boreal no clima global: Estudo da
influência sobre os oceanos
Rose Ane Pereira de Freitas1, Thomé Simpliciano Almeida1, Camilo Lelis de Gouveia1,
Jéferson Prietsch Machado1, Natália Renato1 & Flávio Barbosa Justino1
1
Departamento de Meteorologia Agrícola UFV/Viçosa –MG.
E-mail: [email protected]
Abstract: In this study, we used a numerical model of synoptic scale LOVECLIN to
investigate the topographic effect of the northern hemisphere in key oceanic variables. The
simulations were performed for a period of 500 years, with the topography of the northern
hemisphere reduced by half. The results show that the reduction of the topography has an
influence on surface temperature and ocean salinity.
Keywords: ocean circulation, continental topography;
1. Introdução
Existem diversos fatores que controlam o clima terrestre e regulam as suas variações a
curto, médio e longo prazos. Para o estudo desses fatores a modelagem numérica é uma
ferramenta importante pois são baseados em princípios físicos e em condições iniciais e de
contorno, podendo assim obter indícios dos fatores influentes do ambiente modelado.
A topografia tem um papel importante no clima tanto regional quanto global. Do
ponto de vista sinótico, a existência de elevação no terreno, dependendo de sua altura, afeta
principalmente a movimentação das massas de ar e vento. As massas de ar por sua vez é o
principal elemento de troca de momentum no globo.
Estudos com modelos numéricos demonstraram que a topografia teve influência
preponderante no clima do último período glacial se comparada com outras forçantes, tais
como o albedo, as forçantes orbitais e o CO2. Ruddiman & Kutzbach (1991) propuseram que
a elevação do platô Tibetano, o Himalaia e da Sierra Nevada, no sul-oeste americano pode ter
induzido um resfriamento global nos últimos 40 milhões anos. Raymo & Ruddiman (1992)
também sugerem que uma elevação maior destas regiões, aumentou a taxa de meteorização
física e química.
Mudanças na topografia continental durante o período Cenozóico têm sido apontadas
como uma outra causa para a deterioração climática. Especificamente, simulações sugerem
que o surgimento do platô Tibetano no Colorado deu início a um resfriamento da América do
Norte, o Norte da Europa, Ásia e norte do Oceano Ártico, como resultado de mudanças na
circulação atmosférica (Ruddiman e Kutzbach, 1989). Atualmente a alteração na topografia
continental ocorre com maior velocidade em locais com presença do gelo continental. Sobre
a parte norte do continente Norte Americano, por exemplo, criava uma situação de bloqueio
sobre o Pacífico Norte, capaz de enfraquecer os ventos de oeste (Justino et al., 2006;
Timmermann et al., 2004).
Segundo Ambroise (1995), em pesquisas realizadas na França, a topografia, associada
a sua forma, tem um grande efeito nos padrões de infiltração e fluxo de radiação na
heterogeneidade da superfície terrestre e propriedades hidrológicas do solo, além da
redistribuição da água e energia. Nas montanhas, este resultado está muito ligado a umidade
do solo e ao balanço d’água, conduzindo a grandes variações espaciais na evapotranspiração.
Assim esse trabalho tem como objetivo validar os dados modelados pelo modelo
LOVECLIM comparando com dados de reanálise provenientes do National Centers for
Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research NCEP/NCAR e do
Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set COADS, e estudar a influência da topografia
boreal sobre os principais elementos oceânicos: temperatura da superfície do mar, temperatura
oceânica a dois níveis de profundidade (100 a 500 m e abaixo de 500 m), salinidade (dois
níveis de profundidade: 100 a 500 m e abaixo de 500 m).
2. Metodologia
O LOVECLIM é classificado como um modelo de complexidade intermediária do
Sistema Terrestre. Os MCGs descrevem, em detalhes, os padrões geográficos de muitos
processos climáticos. O componente oceânico do LOVECLIM é o modelo Coupled LargeScale Ice-Ocean model (CLIO) (Goosse e Fichefet, 1999), que possui base nas equações
primitivas (equações de Navier-Stokes sujeitas às aproximações hidrostática e de Boussinesq)
e emprega uma superfície livre com parametrizações termodinâmicas/dinâmicas para o
componente do gelo marinho.
A partir do código do modelo modificou-se o parâmetro referente às altitudes do
Hemisfério Norte (HN) reduzindo essa pela sua metade. A comparação dos gráficos gerados
após o processamento da modificação na topografia e os dados de controle, ou seja, sem a
modificação topográfica, permite a verificação da influência da topografia sobre o clima
global.
3. Resultados e Discussão
3.1 Validação do Modelo LOVECLIM
A avaliação da simulação CTR realizada através do modelo LOVECLIM (não
mostrada nesse trabalho) foi feita a partir da comparação com dados de reanálise provenientes
do NCEP/NCAR e do COADS.
Em função da simplicidade da componente atmosférica do LOVECLIM, observou-se
uma boa concordância para a temperatura média anual do ar a 2 m (°C), precipitação média
anual em (cm/ano), temperatura da superfície do mar média anual (°C) e boa aproximação
também para a distribuição vertical do vento zonal (m/s) em 200, 500 e 800 hPa.
3.2 Resposta oceânica sobre a mudança da topografia boreal
Com a redução pela metade da topografia haverá alteração principalmente no
movimento das massas de ar. Sendo o vento o principal elemento responsável pela troca de
calor entre a atmosfera e o oceano uma mudança no vento implicará em variações nas
variáveis oceânicas.
A circulação geral da atmosfera manifesta-se, na região tropical, pelo cinturão de
ventos de leste persistentes e, em latitudes temperadas, pelo cinturão de ventos
predominantemente de oeste (Figura 6a). Observou-se uma redução do vento zonal – u (800
hpa) e sobre o oceano, principalmente no Atlântico Tropical, devido à retirada de cadeia de
montanhas (Figura 6b). A redução desses ventos foi ocasionada pela variação da temperatura
meridional. Essa redução dos ventos influencia nos processos de trocas de calor entre o
continente e os oceanos, já que o HN possui a maior massa continental. É notário nos
cinturões semi-estacionários de anticiclones que há uma diminuição do vento fazendo com
que haja um maior aquecimento nessas regiões causando maior taxa de evaporação e
conseqüentemente maior precipitação. Entre 30°S e 90°S e 30°N e 90°N do globo, por serem
regiões de alto contraste de temperatura, maior número de tempestades, havendo a redução da
topografia em 50% no HN haverá diminuição no transporte de momentum (vento, umidade,
calor) entre a atmosfera e o oceano. É observado um aumento na região de jato subtropical, no
Norte da Europa, Ásia e Escandinávia.
a
b
Figura 6 – (a) Direção e intensidade do vento zonal a 800hpa, simulação controle; (b)
Anomalia do vento zonal a 800hpa.
A temperatura da superfície do mar tem variações ao longo do globo, com maiores
valores de temperatura no equador e uma redução quando se afasta em direção aos pólos
(Figura 7a). Na análise da anomalia da temperatura da superfície oceânica (Figura 7b)
observou-se um aumento da temperatura superficial entre 30°N e 90°N aproximadamente,
onde as maiores anomalias foram observadas nas regiões das Correntes do Golfo, Pacífico
Norte e Kuroshio. As reduções dos ventos nessas regiões provocaram uma diminuição da
evaporação e assim um aumento da temperatura oceânica. Também com a redução dos ventos
temos a uma redução do Espiral de Ekman, responsável pela troca de calor entre a camada
superficial e imediatamente inferior do oceano, assim aumentando a temperatura da superfície
oceânica.
a
b
Figura 7 – (a) temperatura da superfície oceânica, simulação controle; (b) anomalia da
temperatura superficial do oceano.
Analisando a Figura 8a junto à figura SST anomalia observe-se que também
houveram mudanças na temperatura oceânica entre 100 e 500 metros de profundidade, isso se
deve à troca de calor entre os níveis superficiais e os níveis mais profundos. Foi analisado
também o perfil de temperatura abaixo de 500m (Figura 8b) de profundidade no oceano,
observando uma alteração não significativa da temperatura em relação à simulação controle.
a
b
Figura 8 – Anomalia da temperatura oceânica de 100 a 500m de profundidade (a) e
temperatura oceânica abaixo de 500 m (b).
As variações na salinidade das águas oceânicas são causadas por processos físicos
como evaporação, congelamento e precipitação, que adicionam ou subtraem água do mar. As
águas superficiais são as que sofrem mais variações de salinidade. Nas regiões tropicais a
salinidade tende a ser mais alta devido à evaporação (Figura 9a), enquanto nas regiões
temperadas, há variações sazonais. Na Figura 9b temos a anomalia da salinidade das águas
oceânicas, onde um aumento mais expressivo é observado em áreas distintas.
a
b
Figura 9 – Salinidade da superfície oceânica: (a) simulação controle, (b) anomalia.
A circulação de monção é essencialmente determinada pela diferente capacidade
térmica dos oceanos e continente. A circulação de monção mais famosa é a que ocorre sobre a
Índia e sudeste da Ásia onde se observa o maior aumento da salinidade (Figura 9b). No local
verifica-se uma ascensão adicional do ar úmido para transpor as cadeias montanhosas
causando precipitação abundante próxima ao litoral. Com a redução dessas cadeias o ar úmido
avança mais sobre o continente, havendo uma redução da precipitação no local, assim tem-se
um significativo aumento da salinidade nas águas oceânicas próximas.
4. Conclusões
Apesar das limitações existentes no modelo LOVECLIM, observou-se uma boa
concordância quando comparado às simulações com os dados provenientes do NCEP/NCAR
e do COADS.
Os impactos da redução da topografia sobre o oceano foram mais perceptíveis no
hemisfério norte devido à predominância da massa continental. As diminuições na velocidade
dos ventos provocaram alterações nas variáveis oceânicas, influenciando diretamente os
processos de troca de calor entre o continente e o oceano.
Observou-se um aumento da temperatura superficial oceânica, principalmente no
hemisfério Norte, causada pela redução dos ventos devido à alteração na espiral de Ekman.
As temperaturas oceânicas de águas mais profundas não sofreram grandes alterações.
Houve mudanças na salinidade das águas oceânicas em pontos isolados, devido à
alteração da circulação de Monção, principalmente sobre a Índia e sudeste da Ásia, onde
houve uma redução da precipitação local.
Referências bibliográficas
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