OSCILAÇÃO ANTÁRTICA, ENSO E A FREQUÊNCIA DE BLOQUEIOS NO HEMISFÉRIO SUL

Transcrição

1 OSCILAÇÃO ANTÁRTICA, ENSO E A FREQUÊNCIA DE BLOQUEIOS NO HEMISFÉRIO SUL Flavio N. M. Oliveira 1, Leila M. V. Carvalho 1, 2 e Tercio Ambrizzi 1 1 University of São Paulo, Brazil 2 University of California Santa Barbara, USA ABSTRACT: This study discusses 26-yrs ( ) of Southern Hemisphere (SH) blockings. The focus is on frequency of blocking during phases of Antarctic Oscillation (AAO) combined with El Niño-Southern Oscillation (ENSO phases. The combined analysis AAO ENSO revealed that El Niño (EN) associated with AAO- and AAO+ are the two main configurations for the blocking amplifications in the Southern Hemisphere, respectively. During combined AAO- LN (La Niña) there are much more blocking days but less than 1/3 of this blocked days are converted in blocking sectors. In addition, blocking sectors modulated by the positive phase of AAO and ENs seems to prefer lower latitudes than those observed in the predominant negative phase of AAO and this effect is predominant in Central Pacific region. Palavras-Chave: Bloqueios, Oscilação Antártica, ENOS 1. INTRODUÇÃO Muitos estudos complementares têm encontrado relações importantes entre a freqüência de bloqueios atmosféricos e padrões de teleconexões que envolvem complexas interações trópicos-extratrópicos. Thompson et al. (2002) investigando a dinâmica deste acoplamento troposfera-estratosfera encontraram evidências de que o enfraquecimento (fortalecimento) do vórtice estratosférico polar de inverno do HN tende a ser seguido por episódio de temperatura do ar de superfície anomalamente baixas (altas) e um incremento da ocorrência de eventos de frio (calor) sobre áreas continentais densamente povoadas da América do Norte, norte da Europa e leste da Ásia. No Hemisfério Sul (HS), este modo de variabilidade é conhecido como Oscilação Antártica (AAO). Carvalho et al. (2005) abordaram a importância diária da no regime climático do HS, envolvendo conexões da variabilidade diária da AAO com fenômenos da baixa freqüência nos trópicos em escalas intrasazonal a interanual. Estes indícios sugerem que estes padrões da variabilidade diária associados com o fenômeno do El Niño Oscilação do Sul (ENOS) podem exercer um papel importante no controle de eventos de bloqueios atmosféricos nos dois hemisférios. Neste trabalho o objetivo principal é encontrar qual o principal modo combinatório entre a AAO e o ENOS na maior freqüência de bloqueios no Hemisfério Sul. 2. DADOS E METODOLOGIA Para este trabalho, nós utilizamos uma série de 26 anos de dados diários ( ) do campo da Altura Geopotencial em 500-hPa com resolução de 2,5x2,5 graus de latitude por longitude do National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR). O nosso índice é uma nova versão adaptada de Tibaldi et al., (1994) (adiante T94), amplamente utilizada em diversos outros trabalhos sobre bloqueios atmosféricos (Trigo et al., 2004; Barriopedro et al., 20050). De acordo com a metodologia proposta por T94, os dois valores de gradiente de altura geopotencial GHGS e GHGN foram calculados para cada longitude e cada dia sobre a grade do Hemisfério Sul como:

2 ( )= ( ) ( ) >0 e ( )= ( ) ( ) Sendo, =35 + ; =50 + ; =65 +, e = 5, 2,5,0,+2,5,+5 < 10. Onde Z, λ e ϕ são respectivamente a altura geopotencial de 500-hPa, longitude e latitude. GHGN é o gradiente de altura geopotencial para latitudes médias e GHGS é o gradiente de altura geopotencial para latitudes altas como condição imposta para garantir a exclusão de escoamentos não bloqueados. Assim, um dia bloqueado é definido quando o valor de GHGN for maior do que zero se a condição GHGS for válida, para pelo menos um dos valores de em determinada longitude. Esta condição é denominada adiante de índice de bloqueio B(λ). Adicionalmente e diferente de outros índices adaptados de T94, nós incluímos diferentes componentes zonais de varredura, sendo uma componente zonal equatorial (CZ.E) (30ºS- 45ºS), situada no flanco norte de, três componentes centrais (CZ.C), referentes as latitudes climatológicas e uma componente polar (CZ.P) (40ºS-55ºS), situada no flanco sul de, cujo propósito é investigar a variabilidade zonal de bloqueios, além da componente total (CZ.T) que computa a freqüência total de bloqueios, independentemente da posição latitudinal. Um evento de bloqueio em certa longitude foi considerado existir quando B(λ) existir instantaneamente em uma extensão de 15º de longitude, incluindo este ponto, conforme Pelly e Hoskins (2003). Com relação a persistência mínima do evento, nós consideramos uma duração (τ) mínima de 3 dias. Definimos e investigamos três setores de bloqueios no Pacífico Sul, Oeste (WPS), Central (CPS) e Leste (EPS). Finalmente, na identificação dos eventos de El Niño (quente) e La Niña (frio) no Pacífico tropical, utilizamos o Oceanic Niño Index (ONI), que é o índice padrão utilizado pelo NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Este método consiste da análise da média móvel de três meses das anomalias de TSM na região Niño 3.4 (5ºN-5ºS,120º-170ºW).e cada evento é definido quando apresentar cinco trimestres consecutivos com anomalias de TSM no limiar de +/-0.5ºC. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para explorar a variabilidade diária da atividade de bloqueios no Hemisfério Sul, nós investigamos a relação entre o fenômeno de dias bloqueados e/ou bloqueios de setor com as fases da AAO durante o período de 1982 a O índice diário da AAO foi obtido pelo Climate Prediction Center (CPC) do National Center for Environmental Prediction (NCEP) que calcula o índice diariamente projetando as anomalias do geopotencial de 700-hPa no modo principal (EOF-1) derivado das anomalias da altura geopotencial de 700-hPa de 20º a 90ºS. No sentido de encontrar as relações entre a freqüência de bloqueios e o referido modo, bem como sua relação com o ENSO, determinamos quatro combinações da AAO com a atividade periódica do ENSO (exceto neutros) durante dias bloqueados e/ou bloqueios de setor no inverno austral. As combinações são as que seguem: a) AAO- La Niña; b) AAO- El Niño; c) AAO+ La Niña e d) AAO + El Niño. Durante o período de 1982 a 2007 houve exatamente 9 anos com El Niño e 9 anos com La Niña. A Figura 1 mostra as quatro combinações AAO ENSO com dias bloqueados. Desta forma, estas análises foram distribuídas dentro das componentes CZ.C, CZ.P e CZ.E e correlações com a CZ.T foram calculadas ao longo de todo o HS. Na Tabela 1, estas correlações foram realizadas para cada setor de bloqueios. A Figura 1 mostra que as combinações AAO- LN, AAO- EN, e AAO+ EN têm ótima correlação com a componente polar, enquanto que a combinação AAO+ LN tem apenas média correlação com a componente polar. Baseado em análise prévias (não mostradas aqui), os eventos de bloqueios mais persistentes possuem uma forte correlação com a componente

3 polar, devido a maior interação com a região do Storm Tracks. Observa-se que as extensões longitudinais preferenciais durante a AAO- LN e AAO- EN ocorrem em uma larga região entre 130ºW e 80ºW, no Pacífico Central e próximo da costa oeste da América do Sul e uma curta região entre 130ºE e 180ºE, no setor WPS, em ordem de freqüência de dias bloqueados. Adicionalmente, podemos notar que o primeiro máximo de dias bloqueados durante os episódios de EN tem a componente polar mais freqüente do que a componente central na região limite entre a região CPS e EPS. A Tabela 1 indica que a fase quente e fria do ENOS associadas com a fase negativa da AAO tem alta correlação com a componente polar nos setores CPS e EPS. Contudo, o, durante episódios de EN a componente equatorial apresenta correlação negativa no setor EPS, indicando que a combinação AAO- EN está associada a condições dinâmicas que favorecem mais o aumento da freqüência de bloqueios no HS comparativamente à combinação AAO- LN. Os seguintes fatores parecem ter um papel importante: 1) a posição latitudinal dos bloqueios permanece totalmente no flanco polar e 2) a maior extensão longitudinal no flanco polar. Por outro lado, na AAO positiva (Figura 1c e 1d), podemos observar que os dias bloqueados durante ENs parecem mais freqüentes no setor concentrar-se em alta-freqüência no setor WPS, sobre a região da Nova Zelândia e preferencialmente entre o eixo central e polar, e parece ser a melhor configuração para a amplificação de bloqueios no setor WPS (ver Tabela 1), enquanto que durante LNs, os dias bloqueados são basicamente de latitudes flanco equatoriais e sem uma região de máximo definida. Esta ultima combinação parece ser a pior configuração possível para o aumento da freqüência de bloqueios no HS. Figure 1 Correlação do número de dias bloqueados distribuídos nas combinações AAO ENSO das componentes equatorial, polar e central com frequência total de dias bloqueados: a) AAO- LA NINA; b) AAO- EL NINO; c) AAO+ LA NINA; d) AAO+ EL NINO.

4 TABELA 1 - Combinações AAO ENSO e Correlações AAO- LA NINA SETOR CZ.C CZ.E CZ.P SETOR CZ.C CZ.E CZ.P WPS 0,98 0,64 0,84 WPS 0,97 0,36 0,71 CPS 0,94 0,57 0,91 CPS 0,96 0,65 0,98 EPS 0,95 0,14 0,98 EPS 0,96-0,74 0,99 AAO+ LA NINA AAO- EL NINO AAO+ EL NINO SETOR CZ.C CZ.E CZ.P SETOR CZ.C CZ.E CZ.P WPS 0,96 0,73 0,49 WPS 0,99 0,83 0,99 CPS 0,95 0,88 0,72 CPS 0,91 0,88 0,12 EPS 0,93 0,88 0,96 EPS 0,38 0,21 0,55 Estes resultados estão baseados na amplificação de dias bloqueados nas quatro combinações do sinal do modo anular com respeito ao ENSO. Contudo, não sabemos ao certo o quanto destes dias bloqueados são convertidos em bloqueios. Assim, na Tabela 2, nós reclassificamos o período analisado em termos de regimes do escoamento, subdividindo em regime zonal e regime bloqueado, conforme T94. Neste caso, Regime zonal é considerado o escoamento zonalmente não-bloqueado incluindo persistência τ 2 dias. Regime de Bloqueado é considerado o escoamento zonalmente bloqueado com τ 3 dias. Os números representam a quantidade de dias envolvidos nos dois regimes zonais. No total foram 828 dias (9 anos) de inverno para cada episódio do ENOS. Os resultados mostram que durante LNs a AAO negativa é totalmente predominante na soma dos dois regimes, enquanto que durante El Niños as fases da AAO mostram números menos desproporcionais, refletindo diretamente nos resultados obtidos na Figura 1. TABELA 2 - Classificação dos regimes zonais nas fases da AAO durante as fases quente e fria do ENOS entre 1982 e 2007 no Hemisfério Sul. Episodios Quentes Episodios Frios Regime AAO + AAO - AAO + AAO - Zonal Bloqueios Dois regimes Na Figura 2 são mostrados os mesmos resultados da Tabela 2 separados dentro dos setores de bloqueio, com objetivo de destacar o modo predominante da fase da AAO dentro de cada setor. Observa-se que grande parte da distribuição de bloqueios dos 18 anos analisados está concentrada durante os episódios de El Niño, predominantemente na fase negativa. O setor CPS parece ser o grande responsável pela amplificação de bloqueios na combinação AAO+ EN, mas contraditoriamente, esta combinação na Tabela 1 apresenta baixa correlação com a atividade polar. Deste modo, isto nos conduz pensar que eventos de bloqueios na fase positiva da AAO atuam em latitudes mais equatoriais do que na fase negativa da AAO e preferencialmente no Pacífico central. Esta configuração mostra-se bem correlacionada com as componentes central e equatorial, tratando-se do de uma configuração única onde bloqueios parecem se amplificar durante a fase positiva da AAO.

5 Frequencia (%) AAO POS AAO NEG 23 Figura 2 - Distribuição da freqüência das fases da AAO combinada com as fases do El Niño- Oscilação do Sul durante eventos de bloqueios de setor no Hemisfério Sul. Resumindo, os resultados obtidos mostram que o El Niño associado com AAO- e AAO+ são os dois principais modos de teleconexão associados com a maior freqüência de bloqueisos. De outro modo, há muito mais dias bloqueados durante La Niñas na AAO-, mas somente 32 % dos dias bloqueados são de fato convertidos em eventos de bloqueios de setor com τ 3 dias, enquanto que durante Niños com AAO-, 46% dos dias bloqueados são convertidos em eventos de bloqueio. Na combinação AAO+ com El Niño, 43% dos dias bloqueados são de fato convertidos em bloqueios de setor, enquanto que durante Niñas com AAO+, somente 21% dos dias bloqueados são convertidos em eventos de bloqueio. 4. CONCLUSÃO a. EL NIÑO Neste trabalho, estudamos a variabilidade diária de bloqueios durante as fases diárias da AAO combinada com a atividade anual do ENOS. Todos os aspectos foram investigados para cada modo de intensidade das fases quente e fria do ENOS. As análises combinadas entre as fases da AAO e do ENOS revelaram que o El Niño associado com AAO- e AAO+ são as principais combinações para o aumento da freqüência de bloqueios no HS, respectivamente. Durante a AAO- há muito mais dias bloqueados, mas menos de 1/3 dos dias bloqueados são convertidos em bloqueios. Adicionalmente, bloqueios modulados pela AAO+ em anos de EN parecem preferir latitudes mais equatoriais que àquelas observadas durante a AAO- e este efeito é predominante no Pacífico Central. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 26 WPS CPS EPS 44 Barriopedro, D., Garcia-Herrera, R., Lupo, A.R., Hernández., E., 2005: A Climatology of Northern Hemisphere Blocking. J. Climate, 19, Carvalho, L. M. V., Jones, C., and Ambrizzi, T,. 2005: Opposite Phases of the Antarctic Oscillation and Relationships with Intraseasonal to Interannual Activity in the Tropics during the Austral Summer. J. Climate,18, Pelly, J., and B. Hoskins, 2003: A new perspective on blocking. J.Atmos. Sci., 60, Thompson, D.W.J., Wallace, J.M., 2002: Annular Modes in the Extratropical Circulation. Part II: Trends*. J. Climate. 13, Tibaldi, S., Tosi. E, Navarra, A., and Pedulli, L., 1994: Northern and Southern Hemisphere Variability of Blocking Frequency and Predictabilty. Mon. Wea. Rev., 122, Trigo, R. M., I. F. Trigo, C. C. DaCamara, and T. J. Osborn, 2004: Winter blocking episodes in the European Atlantic sector: Climate impacts and associated physical mechanisms in the Reanalysis. Climate Dyn., 23, Frequencia (%) AAO POS AAO NEG b. LA NIÑA WPS CPS EPS 3 12