O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos

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1 O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos Prof. TÉRCIO AMBRIZZI, Ph.D. Professor Titular ambrizzi@model.iag.usp.br Departamento de Ciências Atmosféricas Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo

2 PROCESSOS FÍSICOS Processos climáticos Transferência de calor e massa na atmosfera O papel dos oceanos

3 q PROCESSOS FÍSICOS Processos climáticos Elementos do Sol A radiação solar interceptada pela Terra Atributos do sistema Terra-Atmosfera Efeitos da atmosfera e da superfície da Terra Balanço global da radiação Médias espaço-temporal do balanço de radiação Transferência de calor e massa na atmosfera (Aula 2,3 e 4) Transferências de energia Força de Coriolis, jatos e ondas de Rossby Circulação geral da atmosfera Padrões secundários da circulação atmosférica Padrões regionais de circulação atmosférica Massas de ar, frentes e ciclones extratopicais A previsão de tempo Clima da Terra em geral O papel dos oceanos Processos climáticos do oceano As oscilações El Niño La Niña

4 EL NIÑO E LA NIÑA

5 INTRODUÇÃO El Niño Oscilação Sul fenômeno natural, incontrolável pelo Homem conhecendo-o e prevendo-o, porém, o Homem pode prevenirse ou mesmo beneficiar-se dos seus impactos no clima

6 El Niño Oscilação Sul componente oceânica componente atmosférica esta interação entre o oceano e a atmosfera é uma das principais fontes de variabilidade do clima no planeta

7 Oscilação Sul (componente atmosférica) relação inversa entre a pressão atmosférica na superfície entre Darwin (Austrália) e Tahiti (Pacífico Sul) efeito gangorra quando um local apresenta a pressão mais alta que o normal, o outro apresenta mais baixa

8 Indíce de Oscilação Sul (IOS) Pressão Tahiti - Pressão Darwin = + Pressão Tahiti - Pressão Darwin = - OBS: IOS > 0.5 indicativo de La Niña e IOS < -0.5 indicativo de El Niño

9 Muitos prejuízos sócio-econômicos ocorreram durante vários eventos de El Niño, mas os efeitos deste fenômeno sobre um local nem sempre serão iguais aos de episódios anteriores. Explicações básicas sobre o fenômeno são em geral apresentadas para a população de uma forma confusa, dificultando ainda mais sua compreensão. Durante a ocorrência de um evento El Niño é comum informações diversas, inclusive alarmistas, serem transmitidas pelos meios de comunicação sobre os impactos que podem ocorrer no clima mundial, causando apreensão na população.

10 AQUI VEREMOS: definição do El Niño; sua relação com a circulação atmosférica sobre o Pacífico Tropical; principais efeitos sobre a América do Sul e do mundo; avanços, dificuldades e dúvidas encontradas pelos cientistas ao compreender e prever o fenômeno.

11 O que é El Niño? É o aquecimento anômalo das águas superficiais do Pacífico Equatorial Oriental. Desde o descobrimento das Américas há registros da ocorrência do El Niño. Pescadores peruanos observavam anos em que havia a ocorrência anômala de águas quentes na costa do país e a enorme redução da quantidade de peixes próximo à época do Natal, dando o nome de El Niño ao fenômeno (menino Jesus, em espanhol).

12 Características do El Niño v tem duração típica de 12 a 18 meses v reaparece normalmente em intervalos de dois a sete anos v evolução típica: inicia no começo do ano (abril-maio) atinge máxima intensidade durante dezembro do mesmo ano (e janeiro do próximo ano) enfraquece na metade do segundo ano

13 O que ocorre normalmente? Os ventos observados no Pacífico Equatorial sopram de leste para oeste, empilhando a água na costa da Ásia. ventos alísios o nível do mar no Pacífico oeste é cerca de 70 cm mais alto que na costa das Américas Uma camada de água quente (temperatura da ordem de 28 ºC) com cerca de 100 m de espessura é normalmente mantida no oeste do Pacífico. As águas quentes superficiais são separadas das águas oceânicas mais frias e profundas pela termoclina.

14 Essa camada de água quente vai progressivamente diminuindo de espessura para leste, até que na costa do Peru seja praticamente inexistente (com aproximadamente apenas 40 m de espessura), onde predominam águas frias (temperatura da ordem de 15 ºC), que surgem das profundezas oceânicas. Essas águas frias são ricas em nutrientes, permitindo a manutenção de diversos ecossistemas marinhos e atraindo cardumes.

15 EM ANOS NORMAIS: TSM normal em dezembro

16 Em anos sem El Niño, há forte movimento ascendente (de ar úmido e quente) e baixa pressão atmosférica na superfície (favorecendo a formação de nuvens e chuva) na região da Indonésia e setores norte/nordeste da Austrália; enquanto que há movimento subsidente (de ar seco e frio) e alta pressão atmosférica na superfície (inibindo a formação de nuvens e chuva) no Pacífico Leste, principalmente na costa oeste da América do Sul. baixa pressão atmosférica alta pressão atmosférica

17 ventos alísios próximo à superfície movimento ascendente na região da Indonésia ventos de oeste em altos níveis (próximo à tropopausa) movimento subsidente no Pacífico Leste Célula de Walker (padrão de circulação de grande-escala sobre o Pacífico Equatorial) IMPORTANTE: a distribuição da temperatura da superfície do mar influencia na Célula de Walker e vice-versa, formando um sistema acoplado oceano-atmosfera.

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19 Ver: Em condições normais, observam-se águas superficiais relativamente mais frias no Pacífico Equatorial Leste, junto à costa oeste da América do Sul, e relativamente mais aquecidas no Pacífico Equatorial Oeste, próximo à costa australiana e região da Indonésia. Os ventos alísios sopram de leste para oeste favorecendo a ressurgência próximo à costa oeste da América do Sul.

20 O QUE OCORRE EM ANOS DE EL NIÑO? Com o surgimento das águas quentes no Pacífico Central, os ventos alísios perdem intensidade, podendo até inverter de direção em algumas regiões do Pacífico Equatorial. Os ventos de oeste em altos níveis também perdem intensidade sobre o Pacífico tropical leste. A diferença do nível do mar entre a parte leste e oeste diminui e a camada de água quente, que se encontra no Pacífico oeste, desloca-se para leste, eventualmente atingindo a costa do Peru. Isto provoca o aumento da profundidade da termoclina no Pacífico Tropical Leste

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22 Com a alteração no regime de ventos, as nuvens que normalmente produzem chuvas abundantes na parte oeste do Oceano Pacífico, próximo à Indonésia, deslocam-se para leste, para o Pacífico Central e, posteriormente, para a costa oeste da América do Sul, trazendo chuvas para esta região. Há, portanto, mudanças na estrutura da Célula de Walker durante eventos El Niño.

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27 Ver: As condições que indicam a presença do Fenômeno El Niño são o enfraquecimento dos ventos alísios e o aumento da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Oceano Pacífico Equatorial Leste. Como conseqüência, ocorre uma diminuição das águas mais frias que afloram próximo à costa oeste da América do Sul.

28 PERDAS SÓCIO- ECONÔMICAS

29 IMPACTOS ASSOCIADOS AO EL NIÑO NO MUNDO: a estrutura das águas mais quentes observadas no Pacífico Tropical durante um evento El Niño pode variar de um episódio para outro, contribuindo para as variações dos impactos gerados pelo fenômeno. o evento 1997/98 (um dos mais fortes do ultimo século) aumentou TSM próxima ao Peru em 5 ºC o evento 1986/87 (muito mais fraco) anomalias quentes avançaram para leste apenas até o Pacífico Central, aumentando ali a TSM em 1 ºC.

30 E L DJF N I Ñ O JJA

31 A mudança da posição das chuvas no Pacífico provoca alterações nas condições climáticas de várias regiões do planeta, devido à grande quantidade de energia envolvida no processo de formação da chuva. Secas no Nordeste do Brasil, no norte da Austrália, Indonésia e no sudeste da África ou enchentes no Sul e Sudeste do Brasil, no Peru, Equador e parte do leste africano, podem decorrer do fenômeno. Em algumas regiões pode-se observar temperaturas mais elevadas que o normal, como no Sudeste do Brasil, enquanto em outras ocorrem temperaturas mais baixas, como no sudeste dos Estados Unidos.

32 Lembrando: os impactos sobre um local podem mudar de um evento El Niño para outro! p.ex.: no norte da Região Sudeste brasileira e no Estado da Bahia 1991/92 chuvas acima do normal durante o verão 1997/98 secas

33 Colômbia, Venezuela, Guiana, Suriname, Guiana Francesa Redução das precipitações na maior parte do ano, com exceção dos meses de março a junho que aparentemente não são afetados. A exceção é a costa Pacífica da Colômbia que recebe chuvas intensas no verão. Equador, Peru, Bolívia e Chile Chuvas intensas nos meses de verão sobre a costa ocidental da América do Sul, que afetam as costas do Equador e do norte do Peru. Secas nos meses de verão sobre as regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia. Chuvas intensas sobre a região central e sul do Chile na estação de inverno Centro Oeste Não há evidências de efeitos pronunciados nas chuvas desta região. Tendência de chuvas acima da média e temperaturas mais altas no sul do MS. Norte Secas de moderadas a intensas no norte e leste da Amazônia. Aumento da probabilidade de incêndios florestais, principalmente em áreas de florestas degradadas. Nordeste Como o leste da Amazônia, secas de diversas intensidades no norte do Nordeste ocorrem durante a estação chuvosa de fevereiro a maio. Sul e oeste do Nordeste não são significativamente afetados. Sudeste Moderado aumento das temperaturas médias. Não há padrão características de mudança das chuvas. Sul Precipitações abundantes, principalmente na primavera e chuvas intensas de maio a julho. Aumento da temperatura média. Argentina, Paraguai e Uruguai Precipitações acima da média no nordeste da Argentina, Uruguai e Paraguai, principalmente na primavera e verão.

34 Porcentagem da Precipitação Sazonal em relação ao total anual sobre o Brasil (Adaptado do INMET, 2001) OUTONO INVERNO PRIMAVERA VERÃO

35 Média das Anomalias de Precipitação (mm) observadas nos Episódios El Niño Fortes/Moderados e Fracos (Coelho et al., 1999) INVERNO Forte - Moderado Fraco PRIMAVERA Forte - Moderado Fraco

36 Média das Anomalias de Precipitação (mm) observadas nos Episódios El Niño Fortes/Moderados e Fracos (Coelho et al., 1999) VERÃO Forte - Moderado Fraco OUTONO Forte - Moderado Fraco

37 E A LA NIÑA? Fenômeno contrário ao El Niño, ou seja, o resfriamento das águas superficiais no Pacífico Equatorial Central e Leste. (também chamado El Viejo ou anti-el Niño ) Como o El Niño, a La Niña também varia em intensidade. 1988/89 intenso 1995/96 fraco Outros eventos La Niña registrados ocorreram em: 1904/05, 1908/09, 1910/11, 1916/17, 1924/25, 1928/29, 1938/39, 1950/51, 1955/56, 1964/65, 1970/71, 1973/74, 1975/76, 1988/89, 1995/96 e, mais recentemente, no período de 1998 a 2001.

38 Durante os episódios La Niña, observa-se uma intensificação da circulação atmosférica normalmente observada no Pacífico Equatorial. intensificação da Célula de Walker Fonte: CPC/NCEP

39 Ver: As condições que indicam a presença do Fenômeno La Niña estão associadas à intensificação dos ventos alísios e ao declínio da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Pacífico Equatorial Leste. As águas adjacentes à costa oeste da América do Sul tornam-se ainda mais frias devido à intensificação do movimento de ressurgência.

40 Como o El Niño, em geral a La Niña começa a se desenvolver no início de um ano, atinge sua intensidade máxima no final desse ano e dissipa-se em meados do ano seguinte. La Niña apresenta maior variabilidade de impactos, enquanto que o El Niño apresenta um padrão mais consistente. Principais efeitos no Brasil: durante o verão, há tendência de diminuir a chuva sobre a Região Sul e de aumentá-la em parte do Nordeste Brasileiro e no leste da Amazônia.

41 L A DJF N I Ñ A JJA Fonte: CPTEC

42 PREVISÃO DO EL NIÑO E SEUS IMPACTOS No passado, uma compreensão inadequada dos processos físicos relevantes e uma falta de dados observacionais cobrindo vastas áreas dos oceanos tropicais eram alguns dos obstáculos para os cientistas interessados em previsão do El Niño. Os dados coletados através do experimento Tropical Ocean Atmosphere (TAO), de monitoramento do Pacífico Equatorial, por exemplo, foram importantes para a previsão e detecção do surgimento do evento El Niño 1997/98. Outro experimento que contribuiu para maior compreensão dos processos físicos envolvidos foram o Tropical Ocean and Global Atmosphere Program s Coupled Ocean-Atmosphere Response (TOGA-COARE), desenvolvido no Pacífico Equatorial Oeste no final de 1992 e início de 1993.

43 SISTEMA DE OBSERVAÇÃO DO ENOS

44 Existem dois métodos de análises: estatística modelagem dinâmica análise e comparação de dados históricos observados criação de cenários virtuais de circulação marítima e atmosférica a partir de equações matemáticas MONITORAMENTO EM TEMPO REAL Através do uso de modelos numéricos da atmosfera, a previsão do tempo de até uma semana já é uma realidade nos grandes centros de meteorologia operacional brasileira.

45 Há um interesse crescente em previsão de variações do clima de um ano para outro e em previsão sazonal (características gerais do clima para estação do ano seguinte). Atualmente, existem diversos modelos numéricos que fornecem previsões de fenômenos como o El Niño, através da previsão das temperaturas da água do mar, e estas informações são utilizadas em modelos climáticos. Esforços são realizados para a obtenção de dados e monitoramento do oceano Pacífico Tropical, visando a previsão confiável dos fenômenos El Niño/La Niña.

46 O que está acontecendo hoje? VAMOS OLHAR NA INTERNET

47 ALGUMAS REFERÊNCIAS AMBRIZZI, T., 2003: El Niño/Oscilação Sul e Teleconexões atmosféricas no Hemisfério Austral. Tese de Livre Docência, 201pp. MAGAÑA, V. e T. AMBRIZZI, 2005: Climate variability in the tropical and subtropical Americas and El Niño/Southern Oscillation. Atmosfera, 18, AMBRIZZI, T., E.B. SOUZA, AND R.S. PULWARTY, 2004: The Hadley and Walker Regional circulations and associated ENSO impacts on South American seasonal rainfall. In The Hadley Circulation: Present, Past and Future. Edited by Henry F. Diaz and Raymond S. Bradley, Kluwer Academic Publhishers, Chapter 7, COELHO, C.A.S., 2001: Anomalias de precipitação sobre a América do Sul e sua relação com a Temperatura da Superfície do Mar dos oceanos Pacífico e Atlântico durante períodos de extremos de El Niño/Oscilação Sul. Dissertação de Mestrado defendida no Departamento de Ciências Atmosféricas do IAG/USP, 254 pp. COELHO, C.A.S.; UVO, C.B.; AMBRIZZI, T., Exploring the impacts of the tropical Pacific SST on the precipitation patterns over South America during ENSO periods. Theor Appl Climatol 71: DRUMOND, A. ; AMBRIZZI, T., Estudo observacional e numérico da variação da circulação atmosférica nas América em episódios extremos da Oscilação Sul. Rev. Bras. Meteo., 18(1): GRIMM, A.M., V.R. BARROS, AND M.E. DOYLE, 2000: Climate variability in Southern South America associated with El Niño and La Niña events. J.Climate, 13,

48 Impacts of the Southwestern Atlantic on the South American climate - the Oceanic Importance Tércio Ambrizzi (IAG) e Edmo Campos (IO) Coordenadores

49 Obje%vos Gerais Contribuir para o melhor entendimento da variabilidade climática sobre a América do Sul: Clima presente: dados atmosféricos e oceanográficos Cenários de clima futuro: dados de Modelos de Circulação Global e simulações de regionalização dinâmica através de Modelos Climáticos Regionais. Bóias no Oceano Atlântico Sudoeste (SAO)

50 As principais metas no projeto original são: - Entender como a intensidade da precipitação, persistência e circulação ZCAS e as monções na AS poderão ser modificadas num clima mais quente que o atual e sua relação com a Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no SAO; - Avaliar modificações no regime de precipitação associado com sistemas frontais e bloqueios e sua relação com a TSM no clima presente e cenários futuros; - Analisar o impacto da TSM na climatologia e variabilidade dos ciclones sobre o SAO e como serão modificados num cenário de clima futuro; - Estudar o comportamento regional e local do SAO no clima presente e futuro; - Ancorar uma bóia ATLAS equipada com diversos instrumentos oceanográficos e atmosféricos no SAO e obter: medidas hidrográficas e de corrente; componentes bióticos; sedimentos oceânicos; etc. Muitas medidas serão obtidas através de missões com o navio oceanográfico do IO/USP (Alpha Crucis) recentemente adquirido com auxilio da FAPESP. - Utilizar os dados da Bóia e os gerados através nas missões oceanográficas para validação de modelos e dados produzidos por outras fontes.

51 SUBPROJETOS A) Atmosphere Working Group 1) ZCAS no presente e futuro e Variabilidade de Monção 2) Avaliação das alterações na atividade frontal e de bloqueio sobre o Sudeste do Brasil sob cenários de mudança climática 3) Desenvolvimento de ciclones e ciclogêneses no presente e futuro sobre o SAO 4) Avaliação de Mudanças Climáticas no SAO

52 B) Ocean Working Group Ocean Working Group: Entendendo o SAO através de observações e modelagem 1) The Flux Measuring Buoy at 28S, 43W 2) The Current Measurements 3) The Hydrographic Measurements 4) Remote Sensing of SST and SSH 5) The Biological / Bio-Optical Component 6) Bottom Sediments/Benthos 7) Coastal Zone (Surface waves and Tides) 8) The Numerical Modeling Component

53 Coordenadores de subprojetos Tercio Ambrizzi (USP) Edmo José Dias Campos (USP) Rosmeri Porfirio da Rocha (USP) Leila Maria Véspoli de Carvalho (UC) Simone E. T. Ferraz (UFSM) Ilson Carlos Almeida da Silveira (USP) Ilana Wainer (USP) Olga Sato (USP) Eduardo Siegle (USP) Paulo Polito (USP)

54 The Atlas-B - Gariroba MicroCAT Construction and mooring of an Atlas buoy at 28S,44W

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56 O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos Projects FAPESP-MC (SANSAO), INCT-MC, ATLAS-B, NAP-MC (INCLINE) 1st Joint Cruise: November 2012 (mooring test of CTD CTD + Wave CTD +G. Atlas B Guariroba in Ubatuba) 2nd Joint Cruise: April 2013 (definitive mooring of Santos N.Oc. Alpha Crucis Guariroba at 28.5S, 42W)- RV Alpha Crucis USP 44oW, 28.5oS The 1st Atlas-B, deployed near 28.5S,44W was baptized as Guariroba! 56

57 The Guariroba data will be released throgh the GTS Position 57

58 Ondógrafo - Datawell DWR-9 MKIII 0.9 m - Comunicação via Argos Dados serão disponibilizados online Ondógrafo se encontra em fase final de preparo e testes para fundeio Ondógrafo: utilizado para obter uma série temporal de dados medidos para a plataforma de SP... são raros os dados de ondas medidos no Brasil. Pode ser utilizados como condição de contorno para modelos de propagação de ondas para águas costeiras, e também para a validação de modelo regionais. Ele será fundeado na plataforma continental, em profundidades de aprox metros em uma linha em frente a Santos... mas offshore.

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60 Análise do clima de ondas para o SE do Brasil baseado no modelo global WaveWatch III (NOAA) distribuição de ondas (altura e período). força de ondas ao longo do período analisado

61 O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos Aplicação de modelo numérico (Delft3D) para SP propagação de ondas