PADRÕES ATMOSFÉRICOS E A PREVISÃO NUMÉRICA DO CLIMA NA AMÉRICA DO SUL ANÁLISE ESTATÍSTICA

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1 PADRÕES ATMOSFÉRICOS E A PREVISÃO NUMÉRICA DO CLIMA NA AMÉRICA DO SUL ANÁLISE ESTATÍSTICA Jéssica Stobienia Gonçalves 1 Simone Erotildes Teleginski Ferraz² Tércio Ambrizzi 3 1 Autor, Departamento de Física, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) / CRS - INPE Cidade Universitária Av. Roraima 1000, Santa Maria (RS), Brasil CEP jessicastogon@gmail.com ² Orientador, Departamento de Física, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) / CRS - INPE Cidade Universitária Av. Roraima 1000, Santa Maria (RS), Brasil CEP simonetfe@gmail.com 3 Colaborador, Departamento de Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo (USP) Cidade Universitária Av. do Matão 1226, São Paulo (SP), Brasil CEP ambrizzi@model.iag.usp.br Abstract: Detailed analysis of simulations of the model seasonal forecast from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts - ECMWF, through its integration of multisets for the years 1981 to In this context, were verified statistical differences between them, in order to identify how these can affect the representation of atmospheric patterns that affect AS. The component comprises the application of statistical analysis such as harmonic mean, fashion, and total amplitude variance to verify the dispersion of members. Ver dicionário detalhado Resumo: Análise detalhada das simulações do modelo de previsão sazonal do Centro Europeu de Previsão do Tempo a Médio Prazo - ECMWF, através da integração de multiconjuntos para os anos de 1981 a Neste contexto, foram verificadas diferenças estatísticas entre eles, a fim de identificar como estes podem afetar a representação dos padrões atmosféricos que afetam AS. O componente compreende a aplicação de análise estatística, como média harmônica, moda, variância e amplitude total para verificar a dispersão dos membros. 1. Introdução O Clima da América do Sul é particularmente influenciado por uma série de padrões de teleconexão em várias escalas espaciais e temporais, que estão diretamente relacionados aos padrões de Tempo e Clima da região. A previsão sazonal é uma tentativa de fornecer uma informação útil sobre o Clima que pode ser esperado nos próximos meses, e deste modo para realizar uma previsão o mais apurada possível, antes de tudo, é necessário conhecer o clima da região de estudo. Além disso, a habilidade dos modelos em realizar boas previsões sazonais é proporcional a qualidade das condições de contorno. Assim, estas previsões devem reproduzir estes padrões de variabilidade climática que atuam na América do Sul. Ou seja, na América do Sul onde os recursos naturais são cada vez mais necessários para o desenvolvimento dos países, uma boa previsão climática é de vital importância para se planejar adequadamente a utilização dos mesmos. Dentro deste contexto, o principal objetivo desta pesquisa científica é avaliar o desempenho de previsões por conjunto dos modelos do Centro Europeu para vários anos através de análises estatísticas e saber onde e como os modelos estão falhando na representação dos principais padrões de circulação que afetam a AS. Esta pesquisa está inserida no projeto intitulado EUROBRISA (EURO-BRazilian Initiative for Improving South American Seasonal Forecasts) que foi criado com o objetivo de produzir uma previsão sazonal de qualidade para a América do Sul, com o intuito de determinar onde e como os modelos estão falhando na representação dos principais padrões de circulação que afetam o continente Sul Americano, o que poderá auxiliar em seu desenvolvimento e desta forma na melhoria das previsões sazonais.

2 2. Dados e metodologia Serão utilizados os dados mensais das previsões sazonais produzidas pelos modelos do European Centre for Medium-Range and Weather Forecasts ECMWF para o período de 1981 a 2004, dividido em 11 membros com previsões de seis meses cada um e contendo dados de vento zonal e meridional em dois níveis de pressão (200hPa e 850hPa). Estas previsões cobrem o mesmo período, mas possuem um estado básico inicial ligeiramente diferente o que pode gerar previsões também um pouco diferentes entre si. Os dados foram distribuídos da seguinte maneira: Para o mês de janeiro de 1981 há 6 meses de previsão (jan/81, fev/81, mar/81,...), para o mês de fevereiro de 1981 há 6 meses de previsão (fev/81, mar/81, abr/81,...) e assim por diante, como mostra a Tabela 01. A previsão que inicia em janeiro foi denominada T1(tempo 1), fevereiro T2 e assim sucessivamente, até T5 (iniciado em maio) como mostra a Tabela 02. Mês Integração de 6 meses de previsão Janeiro 1 Fevereiro 2 1 Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março T=1 T=2 T=3 T=4 T=5 Jan Fev Mar Abr Mai Fev Mar Abr Mai Jun Mar Abr Mai Jun Jul Abr Mai Jun Jul Ago Mai Jun Jul Ago Set Jun Jul Ago Set Out Tabela 02: Esquema do início da rodada do modelo de previsão climática ECMWF. Tabela 01: Metodologia usada para integração dos grupos de 6 meses de previsão. Inicialmente foi realizada a conversão destes dados em arquivos em formato netcdf já que estavam arquivados em formato grib (está tarefa foi realizada pelo Grupo de Pesquisa em Clima da UFSM GPC). Assim, foi feita uma divisão da América do Sul em cinco regiões diferentes através do programa Grads, como mostra a figura 1: Região Sul (SU) (lat.: 24 S-36 S; lon.: 48 W-65 W); Região Sudeste (SE) (lat.: 17 S-23 S; lon.: 42 W-50 W); Região Centro-Oeste (CO) (lat.: 11 S-20 S; lon.: 52 W-66 W); Região Nordeste (NE) (lat.:17 S-23 S;lon.:36 W-48 W); Região Norte (NO) (lat.: 04 S-07 S; lon.: 51 W-71 W). Figura 01: Representação gráfica da divisão da América do Sul Em linguagem Fortran foram realizadas as análises estatísticas - amplitude total, média harmônica, variância, e moda. A amplitude total consiste na diferença entre o maior e o menor valor da amostra. É esperado que quanto maior for o valor da amplitude, teremos maior dispersão nos dados.

3 Média harmônica é uma medida de tendência central para conjuntos de dados que consistem em taxas de variação. É calculada dividindo-se o número n de valores pela soma dos inversos de todos os valores. Variância é uma medida de dispersão, com ela podemos saber o quando os dados se distanciam da média. Moda é apresentada como os valores que mais se repetem dentro do conjunto de dados. 3. Resultados Região SU: Por estar localizada em latitudes médias a circulação atmosférica nessa região é fortemente influenciada pelos principais centros de ação da América do Sul, tais como a Alta do Atlântico, Alta do Pacífico, Alta Móvel Polar e Baixa do Chaco. Enquanto as altas dão uma condição de tempo estável para essa região existe uma região entre elas chamadas de correntes de circulação perturbada que geram instabilidade, como as linhas de instabilidade tropicais (IT) e as frentes polares (FP) (Nimer, 1989). Amplitude total região SU Figura 2: componente zonal (200 hpa) Figura 3: componente meridional (200 hpa) Figura 4: componente zonal (850 hpa) Figura 5: componente meridional (850 hpa) Podemos observar que a amplitude do nível em 200hPa é maior do que em 850hPa, tanto na componente meridional quanto na zonal, o que nos sugere uma melhor previsão em 850hPa (figuras 2 a 5). Média harmônica região SU Figura 6: componente zonal (200 hpa) Figura 7: componente meridional (200 hpa) A média harmônica, com exceção da componente zonal em 200hPa, tem tendência a tangenciar média zero para quase todos os membros (figuras 6 e 7). Em 850 hpa (figura não mostrada) o comportamento é semelhante, mas com menos amplitude nas variações.

4 Variância região SU Figura 8: componente zonal (200 hpa) Figura 9: componente meridional (200 hpa) Figura 10: componente zonal (850 hpa) Figura 11: componente meridional (850 hpa) A variância apresenta valores altos no nível de 200hPa, o que novamente sugere à grande variabilidade nas previsões neste nível e como conseqüência a dificuldade de previsibilidade desde nível nesta região (figuras 8 a 11). Região SE: Pela sua localização é uma região bastante diversificada se tratando de sua circulação atmosférica, pois sofre influência das principais correntes de circulação atmosférica da América do Sul, dentre elas podemos citar as correntes tropicais marítimas de leste-nordeste, correntes polares de sul e correntes do interior do continente de oeste-nordeste (Nunes et al., 2009). Amplitude Total região SE Figura 12: componente zonal (200 hpa) Figura 13: componente meridional (200 hpa) Figura 14: componente zonal (850 hpa) Figura 15: componente meridional (850 hpa)

5 Esta região é conhecida por ter péssima previsibilidade, o que pode ser observado aqui pela alta variabilidade da amplitude total nos dois níveis (figuras 12 a 15). A média nesta região apresentou-se com picos de dispersão principalmente em 200hPa. Mas em todos os dois níveis a média é centrada em zero (figuras não mostradas). Variância região SE Figura 16: componente zonal (200 hpa) Figura 17: componente meridional (200 hpa) A variância em geral apresenta pouca dispersão entre os membros e também entre os tempos (figuras 16 e 17). E observamos uma configuração aleatória dos membros na componente meridional do nível de 850hPa (não mostrada). Região CO: Nessa região a circulação tem influência de sistemas atmosféricos de origem tropical e extratropical. O aquecimento do Altiplano da Bolívia e da Amazônia durante o verão dá origem a Alta troposférica da Bolívia (Marengo; Nobre, 2009) (Alves, 2009) que gera uma região de baixa pressão e conseqüentemente convergência de ar. Sistemas frontais vindos do sul também contribuem para a circulação da região. Amplitude Total região CO Figura 18: componente zonal (200 hpa) Figura 19: componente meridional (200 hpa) Figura 20: componente zonal (850 hpa) Figura 21: componente meridional (850 hpa) Na região CO é bem claro a configuração linear decrescente dos dados na componente zonal nos dois níveis sendo a primeira somente entre os tempos 1 e 2, nos demais tempos tornase crescente. E observamos dispersão entre os membros na componente meridional, também nos dois níveis de pressão (figuras 18 a 21).

6 Média harmônica região CO Figura 22: componente zonal (200 hpa) Figura 23: componente meridional (200 hpa) Figura 24: componente zonal (850 hpa) Figura 25: componente meridional (850 hpa) A média harmônica da mesma forma que a região anterior apresenta picos de dispersão nos dois níveis sendo mais assentados no nível de 200hPa. E com exceção da componente meridional em 850hPa a média tem tendência central zero (figuras 22 a 25). Um dos membros está apresentando muita dispersão em relação aos outros e merece uma análise futura mais detalhada. Variância região CO Figura 26: componente zonal (200 hpa) Figura 27: componente meridional (200 hpa) A variância nessa região segue a mesma configuração das regiões anteriores sendo pouca dispersa entre os membros com exceção da componente meridional em 850hPa (não mostrada) e apresentando maiores valores no nível de 200hPa (figuras 26 e 27). Região NE: A circulação nessa região esta sob influência dos Anticiclones Subtropicais do Atlântico Sul (ASAS), do Atlântico Norte (ASAN) e do cavado equatorial. Os ventos de baixos níveis associados aos sistemas alta pressão são os Alísios de sudeste, na borda norte do ASAS, e de nordeste, na borda sul do ASAN. No eixo do cavado equatorial está a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) cujas variações em posição e intensidade estão relacionadas ás alterações nas posições e intensidades do ASAS e ASAN (Kayano; Andreoli, 2009). Também há a influência no verão de um Vórtice Ciclônico de Altos Níveis (VCAN) sobre a região, que é uma resposta dinâmica à Alta Boliviana.

7 Amplitude total região NE Figura 28: componente zonal (200 hpa) Figura 29: componente meridional (200 hpa) Figura 30: componente zonal (850 hpa) Figura 31: componente meridional (850 hpa) No nível de 850 hpa observamos menores valores e também menor variação entre os membros (figuras 28 a 31). A média apresentou pouca variação entre todos os membros, em ambos os níveis (figuras não mostradas). O mesmo ocorreu com os valores da variância. O que sugere que está região pode ter melhor previsibilidade que as duas anteriores. Região NO: Nessa região os ventos Alísios, durante o verão e o outono, transportam umidade do Atlântico Tropical para a Bacia Amazônica. Esta umidade associada a frentes frias vindas de sul causam intensos processos convectivos sobre a região Norte e através do Jato de Baixos Níveis (JBN), ventos de até 15m/s em níveis mais baixos, há um transporte de umidade para a região sul da América do Sul (Marengo; Nobre, 2009). Amplitude total região NO Figura 32: componente zonal (200 hpa) Figura 33: componente meridional (200 hpa) A amplitude nas componentes meridional e zonal em 200 hpa apresenta maior dispersão entre os membros no decorrer do tempo (figuras 32 e 33). Em 850 hpa a dispersão é menor (figura não mostrada) na componente meridional dos níveis sendo em 200 hpa os valore maiores. A média harmônica apresenta tendência central zero para os dois níveis com exceção da componente zonal em 850 hpa. Nessa região também se observam picos de valores (figuras não mostradas).

8 Variância região NO Figura 34: componente zonal (200 hpa) Figura 35: componente meridional (200 hpa) Figura 36: componente zonal (850 hpa) Figura 37: componente meridional (850 hpa) A variância da região norte apresenta muito pouca dispersão tanto entre os membros quanto entre os tempos nos dois níveis de pressão analisados. Aqui a diferença entre os valores dos níveis não é tão grande quanto nas demais regiões (figuras 34 a 37). 4. Conclusões: A amplitude de modo geral apresentou-se maior na componente zonal em todas as regiões nos dois níveis, principalmente no de 200 hpa onde vemos a maior diferença, o que nos mostra maior dificuldade de prever esta componente. Em 850 hpa podemos observar que em todas as regiões os valores da componente zonal ficam limitados ao intervalo [0,9] e na componente meridional a região sudeste, centro-oeste, nordeste e norte apresentam valores entre 0 e 7, somente a região sul apresenta valor maior que variam entre [1,9]. A média harmônica apresentou em todas as regiões picos de dispersão em alguns membros, mas em geral todas apresentam uma tendência. Com exceção da região sul todas as demais possuem média harmônica tendendo a zero. O que podemos concluir que o regime dos ventos sofre variação em sua intensidade que é aproximadamente igual de módulo, porém de sinais opostos durante determinado período ou homogêneo durante o ano todo. A variância foi bastante alta para a componente zonal em 200 hpa, sendo as regiões que apresentam maiores valores sendo o sudeste e nordeste seguido da região centro-oeste, sul e norte. Em 850 hpa na componente zonal todas as regiões variam entre [1,3] e a componente meridional entre [0, 2,5]. As modas foram calculadas, mais não mostradas, mas em geral os dados são multimodais em alguns membros e amodais em outros para todas as regiões. Esta pesquisa cientifica avaliou as previsões sazonais do clima na América do Sul através de técnicas estatísticas. 5. Referências Bibliográficas: Marengo, J.A. et al. Clima da Região Amazônica. Em: Tempo e Clima no Brasil, p , Kayano, M.T. et al. Clima da Região Nordeste do Brasil. Em: Tempo e Clima no Brasil, p , 2009.

9 Alves, L.M. Clima da Região Centro-Oeste do Brasil. Em: Tempo e Clima no Brasil, p , Nunes, L.H. et al. Clima da Região Sudeste do Brasil. Em: Tempo e Clima no Brasil, p , Grimm, A.M. Clima da Região Sul do Brasil. Em: Tempo e Clima no Brasil, p , Nimer, E. Climatologia da Região Sul. Climatologia do Brasil, 2ª ed., p , Agradecimentos: A primeira autora agradece ao CNPq e a FAPERGS pelas bolsas de iniciação científica e a segunda autora ao CNPq (projetos: / e /2009-0)