A ESTATÍSTICA DOS TRANSIENTES NA AMÉRICA DO SUL

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1 A ESTATÍSTICA DOS TRANSIENTES NA AMÉRICA DO SUL Maria Gertrudes Alvarez Justi da Silva UFRJ - IGEO - Departamento de Meteorologia Cidade Universitária - Ilha do Fundão Rio de Janeiro - RJ justi@acd.ufrj.br Maria Assunção Faus da Silva Dias USP - IAG - Departamento de Ciências Atmosféricas Cidade Universitária - Rua do Matão, s. n. São Paulo - SP mafdsdia@model.iag.usp.br ABSTRACT The reanalisys data of wind intensity and its meridional component, during the period of , were used to establish a climatology of the transients over the South America. This is the first step of a work that has as objective to contribute with researches in seasonal predictability over this continent. 1. INTRODUÇÃO Neste trabalho são mostrados os primeiros resultados obtidos numa pesquisa que pretende contribuir no estabelecimento de uma climatologia dos transientes sobre a região subtropical e extratropical da América do Sul e na quantificação de sua previsibilidade. São mostrados os resultados do levantamento de algumas freqüências observadas sobre o período de , procurando associações dos valores encontrados com as principais condicionantes do clima sobre a região estudada. A região de interesse é a parte do continente sul-americano situada ao sul da latitude de 10 0 S. São usados os dados do conjunto de reanálises do NCEP para o estabelecimento de uma climatologia básica de referência. Pretende-se usar esta climatologia para comparações com as freqüências obtidas pelas previsões climáticas sazonais que estão sendo feitas operacionalmente pelo CPTEC. No que se refere ao clima, a América do Sul apresenta características tropicais, subtropicais e extratropicais. Estando localizada entre os oceanos Pacífico e Atlântico, sofre forte influência de ambos. Possui uma cordilheira alta e estreita no seu lado oeste cobrindo toda a sua extensão norte-sul. No verão a circulação atmosférica sobre a América do Sul apresenta como características marcantes a Alta da Bolívia, a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e a Baixa do Chaco. Destaca-se no inverno, as penetrações de ar frio pelo continente até o sul da região amazônica. O deslocamento meridional da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) condiciona as variações sazonais da parte nordeste do continente, assim como a forte interação meridional entre trópicos e extratrópicos determina as características do clima da parte central e sul do continente (SATYAMURTY et al., 1998). A atmosfera da América do Sul experimenta vários tipos de distúrbios transientes, tanto de origem tropical como extratropical, em todas as escalas. Entre os distúrbios transientes, a passagem de frentes frias é o evento mais comum sobre o continente. As penetrações frontais são responsáveis pela maior parte da precipitação que ocorre no norte da Argentina, no Uruguai, no Paraguai, na Bolívia, no sul do Peru e nas regiões sul, sudeste e central do Brasil. OLIVEIRA (1986) e LEMOS e CALBET (1996) mostraram que, embora a entrada de frentes no continente seja comum em todas as estações do ano, existe uma variação sazonal, principalmente na intensidade e na sua progressão até as latitudes mais baixas. A região que compreende o Paraguai, o norte da Argentina, o Uruguai e o sul do Brasil experimenta os efeitos dos Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM), principalmente no período de novembro a abril (VELASCO E FRITSCH, 1987). Os CCM's formam-se em uma região que engloba o norte da Argentina e o Paraguai e avança para leste afetando as regiões sul e sudeste do Brasil e o Uruguai. O jato de baixos níveis (JBN) na encosta leste dos Andes, quando de direção norte e intenso, é provavelmente o responsável pela alimentação dos CCM s com umidade da Amazônia. É importante destacar ainda que foi detectado por SUGAHARA et al. (1994) uma correlação negativa entre a intensidade dos jatos de baixos níveis na região de formação dos CCM s com a 538

2 intensidade das ZCAS, que aparece enfraquecida ou ausente nos dias em que o jato é intenso (NOGUÉS-PAEGLE e MO, 1997). A atmosfera terrestre tem sido repetidamente citada como exemplo de sistema caótico muito sensível, portanto, às condições iniciais. Observações meteorológicas incompletas, erros ainda irredutíveis nestas observações, imperfeições nos modelos usados na previsão numérica do tempo e do clima, assim como a própria natureza não linear da evolução da atmosfera limitam a precisão das previsões feitas além de poucos dias (SHUKLA, 1998). Por outro lado, tem-se mostrado que certos aspectos da atmosfera tropical, como sua circulação e a precipitação, especialmente sobre as grandes área oceânicas, são tão fortemente determinadas pela temperatura da superfície do mar (TSM) que aquelas variáveis mostram-se pouco sensíveis às mudanças das condições iniciais da atmosfera. Deste modo, embora ainda não seja possível estender a previsão do tempo por períodos superiores a uma ou duas semanas, é aparentemente possível prever a circulação sazonal tropical por um período igual àquele em que se conseguir prever a temperatura do oceano. Além disso, durante os anos de ocorrência de eventos El Niño intensos, as configurações da circulação sobre certas regiões extratropicais são fortemente influenciadas pela TSM e pela precipitação tropicais e ficam também muito menos sensíveis e dependentes das condições iniciais (PALMER e ANDERSON, 1994, SHUKLA, 1998). As previsões sazonais e interanuais na década de 80 e meados de 90 eram feitas exclusivamente usando-se métodos estatísticos. Recentemente passou-se a usar os modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA) forçados por TSM s previstas ou modelos acoplados atmosfera-oceano para a geração de previsões climáticas nessas escalas de tempo. Para que tenhamos boas previsões sazonais, é importante que os modelos usados para a realização de tais previsões sejam capazes de assimilar as principais configurações médias da circulação sobre a região de interesse e que sejam capazes de detectar, através da alimentação correta das condições de contorno, as anomalias do clima para as próximas estações. Neste trabalho pretende-se mostrar freqüências típicas de eventos que condicionam o comportamento do clima sobre a região de interesse. Tais freqüências de transientes serão usadas na comparação entre as freqüências observadas e previstas sobre esta região, verificando assim a adequação na representação do clima local e sua previsão efetuada por modelos numéricos. 2. MATERIAL E MÉTODOS Neste trabalho foram usados os dados de reanálise do NCEP (Kalnay et al., 1996) no período de , com resolução horizontal de 2,5 0 latitude x 2,5 0 longitude sobre a região da América do Sul, compreendida entre os paralelos de 10 0 S e 60 0 S e meridianos de 90 0 W a 30 0 W. Essencialmente os valores médios diários da velocidade do vento e de sua componente meridional serviram para a determinação da variabilidade de alguns aspectos da circulação básica e para o cálculo da estatística dos transientes sobre a região. Os dados foram analisados separadamente para os períodos de verão, correspondendo aos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, e de inverno, incluindo os meses de junho, julho e agosto. A mudança do sinal da componente meridional do vento (v) de positivo para negativo, em cada ponto de grade cobrindo a região de estudo, foi usada para a determinação da freqüência (K) de entrada de sistemas sinóticos. Foi calculada a freqüência (l) em que o vento meridional permaneceu de direção sul por mais do que quatro dias consecutivos, característica da presença da ZCAS (QUADROS, 1993) durante o período de verão na região sul/sudeste da América do Sul. No inverno tal estatística pode ser interpretada como sendo característica de um acentuado resfriamento sobre a região, pois o vento meridional de direção sul estaria advectando temperaturas baixas sobre a região. Foi determinada a freqüência (K200) de ventos com intensidade superior a 50 nós, no nível de 200 hpa, caracterizando a presença de jatos sobre a região. Para a quantificação das situações com condições favoráveis à formação de CCM's, foi computada a freqüência de ocorrência (K850) das condições estabelecidas por SUGAHARA et al. (1994), ou seja, a presença do jato de baixos níveis de direção norte e com intensidade maior que 8 m/s no lado leste dos Andes, na região confinada entre os paralelos de 20 0 S e 30 0 S e os meridianos de 50 0 W e 65 0 W. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 mostra-se a média no período de 1981 a 96 da estatística K, respectivamente, para o verão e inverno. No período de verão foi observada uma maior freqüência sobre as regiões de latitudes em torno de 45 0 S, enquanto no inverno este máximo apresenta-se mais ao norte e com valores de freqüência mais baixos. O comportamento da estatística K nesta região dá uma mostra da freqüência da passagem de ciclones e anticiclones. 539

3 A comparação desta estatística ao longo do litoral brasileiro evidencia um acentuado aumento de penetrações frontais durante o inverno, com destaque para o litoral do Rio de Janeiro e Espírito Santo. (a) Verão (b) Inverno Figura 1 Freqüência média de inversões na direção da componente meridional do vento, no período de Na Figura 2, os valores de K são mostrados para os verões dos anos de 82/83 e 88/89 respectivamente anos de ocorrência de fenômenos El Niño e La Niña. Na mesma figura mostra-se a mesma estatística para o varão de 84/85, ano onde não havia a presença de valores anômalos de TSM no Pacífico (GRIMM et ali, 1999). Percebe-se pela comparação das figuras que no ano de El Niño diminui muito a freqüência de penetrações frontais no interior de São Paulo, Mato Grosso do Sul e no sul de Minas Gerais. Além disso a região de valores mínimos de K com orientação NW-SE desloca-se para o norte no verão de 84/85. (a) Verão ano de El Niño. (b) Verão ano de La Niña. 540

4 (c) Verão ano sem El Niño e sem La Niña Figura 2 Estatística K para os verões de 82/83, 88/89 e 84/85, correspondendo a anos com características climatologicamente distintas de TSM no Pacífico Equatorial. Uma análise desta estatística K foi feito acompanhando três trajetórias por sobre o território brasileiro, as mesmas trajetórias utilizadas pela revista Climanálise mensalmente para o acompanhamento de sistemas frontais: uma que acompanha o deslocamento das frentes sobre o litoral brasileiro, outra que segue pelo interior e uma última que avança pela parte central do continente. Os resultados para cada um dos verões estudados para a trajetória do litoral e para a parte central do Brasil estão mostrados na Figura 3. As maiores diferenças nas estatísticas são encontradas em anos que não correspondem nem a eventos de El Niño nem de La Niña. Litoral - Freqüência de Sistemas Transientes - Verões 1981 a Freqüência v8182 v8283 v8384 v8485 v8586 v8687 v8788 v8889 v8990 v9091 v9192 v9293 v9394 v9495 v Rio Grande Porto Alegre Torres Iguape Santos Ubatuba Rio de Janeiro Cabo Frio Campos Caravelas Ilheus Salvador Aracaju Cidades 541

5 Central - Freqüência de Sistemas Transientes - Verões 1981 a Freqüência v8182 v8283 v8384 v8485 v8586 v8687 v8788 v8889 v8990 v9091 v9192 v9293 v9394 v9495 v Uruguaiana S. Luiz Gonzaga Foz do Iguaçu Guaira Campo Grande Cuiaba Diamantino V.Gleba Celeste Cidades Figura 3 Freqüência de transientes pelo litoral e pela parte central do Brasil durante os verões no período de 1981 a A Figura 4 apresenta a freqüência média no período de da presença de jatos (velocidades do vento maior do que 50 nós) em 200 hpa. Comparando-se os valores obtidos para o verão e o inverno nota-se, além de um aumento acentuado da freqüência no inverno, um deslocamento do eixo de valores máximos para norte. A localização dos jatos e sua freqüência são fatores importantes na determinação da intensidade, trajetória e freqüência dos transientes que atuam na região estudada, por isso a inclusão desta estatística neste trabalho. (a) Verão (b) Inverno Figura 4 Freqüência média de ocorrência de jatos em 200 hpa, no período

6 A Figura 5 mostra a estatística K200 para anos típicos de El Niño, La Niña e para o verão de 84/85, onde estes fenômenos não estavam presentes. Nota-se um aumento na freqüência de jatos no ano de El Niño e, principalmente, uma diferença acentuada nesta estatística no verão 84/85, tanto quanto a localização do centro de máxima como da distribuição na variação desta estatística sobre a região. (a) Verão ano de El Niño. (b) Verão ano de La Niña. (c) Verão ano sem El Niño e sem La Niña Figura 5 Freqüência de ocorrência de jatos em 200 hpa. Na Figura 6 a estatística K850 mostra a freqüência de ocorrência dos jatos em baixos níveis com intensidade maior do que 8 m/s e com componente meridional de direção norte. Apresenta-se a média para todos os verões e os valores encontrados nos verões de 82/83, 88/89 e 84/85. Semelhantemente às demais estatísticas mostradas até agora o que mais fica evidenciado não é tanto a diferença de comportamento entre anos de El Niño e La Niña mas sim a diferença em anos onde não ocorre este tipo de forçante sobre o clima. 543

7 (a) Média no período (b) Verão ano de El Niño. (c) Verão ano de La Niña. (d) Verão ano sem El Niño e sem La Niña Figura 6 Freqüência de ocorrência de condições favoráveis à formação de CCM s. 4. CONCLUSÕES Dentro de um trabalho mais amplo que pretende determinar até que ponto as previsões climáticas sazonais estão conseguindo detectar corretamente a freqüência de ocorrência dos transientes sobre as regiões subtropical e extratropical da América do Sul, foram determinadas algumas estatísticas sobre os dados de reanálise do NCEP cobrindo o período de Pelos resultados apresentados pôde-se perceber a variabilidade destas estatísticas durante situações características de condições climáticas forçantes, como a presença de anomalias de TSM no Pacífico Equatorial. Como as anomalias de temperatura e precipitação sobre o continente sul-americano são função da maior ou menor ocorrência destes transientes, seria importante que os modelos encarregados das previsões climáticas sazonais e interanuais fossem capazes de determinar corretamente tais freqüências sobre a região. Esta é uma verificação prevista para no trabalho de pesquisa no qual estes resultados parciais aqui apresentado se insere. Estão planejadas no CPTEC/INPE simulações por períodos de seis meses usando 25 membros, utilizando tanto TSM previstas como anomalias persistidas, inicializadas com condições de El Niño e La Niña. Sobre os resultados de tais simulações serão computadas estatísticas semelhantes às descritas neste trabalho. Além disso, a cada previsão sazonal por conjunto, efetuada mensalmente pelo CPTEC, estão sendo calculadas as mesmas freqüências, visando uma comparação com a climatologia levantada neste trabalho. 544

8 5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS DIAZ, A., STUDZINSKI, C. D. S., MECHOSO, C., 1998, "Relationships between precipitation anomalies in Uruguay and Southern Brazil and sea surface temperature the Pacific and Atlantic Oceans". J. Climate, 11, pp GRIMM, A. M., BARROS, V, GOMES, J., 1998a, "Precipitation anomalies in Southern Brazil associated with El Niño and La Niña events", J. Climate, 11, pp KALNAI, E., KANAMITSU, M., KISTLER, R. et al., "The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project". Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, pp LEMOS, C.F., CALBET, N. O., 1996, "Sistemas frontais que atuaram no litoral do Brasil (período )". In: Climanálise Especial Edição Comemorativa de 10 anos. MCT/INPE/CPTEC. cap. 14. NOGUÉS-PAEGLE, J., MO, K. C. 1997, "Alternating wet and dry conditions over South America during Summer". Mon. Wea. Rev., 125, pp OLIVEIRA, A. 1986, Interações entre sistemas frontais na América do Sul e a convecção da Amazônia. INPE TDL/239. Instituto Nacional de Pesquisas espaciais, 115 p. São José dos Campos, SP.. PALMER, T. N., ANDERSON, D. L. T., 1994, "The prospects for seasonal forecasting - A review paper". Q. J. R. Meteorol. Soc., 120, pp QUADRO, M. F. L., 1993, Estudo de episódios de zonas de convergência do Atlântico Sul (ZCAS) sobre a América do Sul. Dissertação de Mestrado, INPE, São José dos Campos, 97 p. SATYAMURTHY, P., NOBRE, C. A., SILVA DIAS, P. L., 1998, "Meteorology of the tropics: South America". In KAROLY, D. J., VINCENT, D. G. (eds), Meteorology of Southern Hemisphere. Meteorological Monographs, v. 27, n. 49, chapter 3A. SHUKLA, J., 1998, "Predictability in the midst of chaos: a scientific basis for climate forecasting". Science, 282, pp SUGAHARA, S., ROCHA, R. P., RODRIGUES, M. L., 1994, "Condições atmosféricas de grande escla associadas a jato de baixos níveis na América do Sul". In: Anais do VIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, v.2, pp , Belo Horizonte. VELASCO, I. FRITSCH, J. M., 1987, "Mesoscale convective complexes in the Americas". J. Geophys. Res. 92, pp