SIMULAÇÕES DO EL-NIÑO 97/98 COM UM MODELO SIMPLES DE EQUAÇÕES PRIMITIVAS

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1 SIMULAÇÕES DO EL-NIÑO 97/98 COM UM MODELO SIMPLES DE EQUAÇÕES PRIMITIVAS Adilson W. Gandu Departamento de Ciências Atmosféricas Instituto Astronômico e Geofísico - USP Abstract The tropospheric upper circulation and subsidence induced by tropical heat sources is studied with a simple nonlinear primitive equation model. The numerical experiments are performed with the heating derived as function of the mean outgoing long-wave in September 1997, and climatological to that month. The results show that, although conceptually simple, the model is able to simulate the main features of the topical circulation, mainly the eastward displacement of the Walker circulation and its influence over South America, Africa and Indonesia. 1. INTRODUÇÃO O fenômeno do El Niño tem tido destaque nos meios de comunicação em função dos grandes distúrbios atmosféricos e oceânicos a ele associados. Em particular, o El Niño de 97/98 provocou anomalias negativas de precipitação em extensas áreas do globo, levando à ocorrência, por exemplo, de grandes incêndios na Indonésia e norte do Brasil (Rondônia), e seca no Nordeste. Embora este episódio de El Niño tenha sido o mais bem monitorado e previsto por complexos modelos numéricos, é sempre importante a utilização de modelos simplificados que possam capturar os aspectos dominantes da intrincada relação entre as circulação oceânicas e atmosféricas. O objetivo deste trabalho é apresentar os resultados da simulação da circulação tropical obtidos com um modelo de equações primitivas, comparando-os com campos atmosféricos observados durante setembro de A hipótese é que liberação do calor latente associada à precipitação anômala do El Niño, induz regiões de subsidência coincidentes com regiões de anomalia negativa de precipitação na faixa tropical, devido, principalmente, ao deslocamento da Célula de Walker. Os resultados mostram que, embora conceitualmente simples, o modelo consegue reproduzir diversos aspectos da circulação de grande escala da região tropical, em níveis altos da troposfera. 2. O MODELO E AS FONTES TÉRMICAS O modelo utilizado neste trabalho é o mesmo de Gandu e Silva Dias (1998), daqui em diante GSD, o qual possui, como características numéricas gerais : coordenadas esféricas na horizontal; diferenças finitas, com 2,5 em latitude e longitude; grade do tipo C de Arakawa (alternada); domínio cobrindo de 60 S a 60 N; e condição de fronteira radiacional (aberta). Deve-se ressaltar que toda a circulação gerada pelo modelo é devido unicamente à fontes de calor incluídas na equação termodinâmica, já que o modelo é iniciado com a atmosfera em repouso. Além disso, embora utilizando coordenadas sigma na vertical, não é utilizada a topografia nestas simulações. Uma modificação em relação a modelo de GSD foi a necessidade de incorporar-se uma difusão (do tipo K H ) para controlar a instabilidade não linear e permitir simulações de longa duração (até 20 dias). Os resultados a serem apresentados neste trabalho referem-se a uma média dos campos entre o 13 o e 17 o dia de simulação. O campo da forçante térmica tem uma estrutura tridimensional dada por funções da pressão, tempo e campo de radiação de onda longa (Fig. 1). Na vertical e no tempo as funções são semelhantes a GSD. Na horizontal, o aquecimento é dado como uma função linear decrescente do campo de radiação de onda longa (ROL), sendo permitido aquecimento para valores de ROL menores que 240 W/m2. A Fig. 3 mostra o campo do aquecimento (graus/dia) em 400 hpa utilizado. Foram gerados

2 campos de aquecimento para o mês de setembro de 1997 e climatológico de setembro, para análise das anomalias, como por exemplo na Fig. 4. Fig. 1 - Radiação de onda longa média de setembro de 1997 (Fonte: CPTEC/INPE) Fig. 2 - Anomalia de radiação de onda longa, para setembro de 1997 (Fonte: CPTEC/INPE). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise do movimento vertical (Fig. 5) para a simulação de setembro de 1997 mostra as extensas áreas de movimento ascendente (valores de omega negativos) coincidentes com as regiões de aquecimento impostas (Fig. 3). Como o campo inicial não possui gradientes térmicos horizontais, essa coincidência se dá pelo balanço entre o aquecimento diabático da forçante e do aquecimento da advecção vertical, com o esfriamento por ascensão adiabática. Por outro lado, as áreas de movimento subsidente, que são geradas como resposta do modelo, coincidem com regiões sem convecção profunda (altos valores de ROL - Fig. 1), tais como sobre a Península Arábica, norte e sudeste da África, Atlântico equatorial, e Pacífico centro-leste nos dois hemisférios. Quando analisado em termos de movimento vertical anômalo (Fig. 6), os maiores valores encontrados (acima de 50 hpa/dia) são coincidentes com as anomalias de aquecimento (Fig. 4). Assim, as principais áreas com anomalias negativas de aquecimento (tais como o norte da América do Sul, África equatorial oeste, oceano Índico e Indonésia) são equivalentes às áreas de movimento vertical

3 anômalo positivo (subsidência). O inverso ocorre para as áreas de aquecimento anômalo positivo, tal como no oceano Pacífico equatorial oeste, e sul da Ásia. Núcleos de subsidência anômala de menor intensidade podem também ser observados sobre o Atlântico tropical leste, Pacífico tropical central e sobre a Austrália. Fig. 3 - Taxa de aquecimento (contornos a cada 2 graus/dia) em 400 hpa (nível de máximo valor na vertical.), para SETEMBRO de 1997 Fig. 4 - Taxa de aquecimento anômalo (contornos a cada 2 graus/dia) em 400 hpa, para SETEMBRO de Uma seção vertical do movimento vertical anômalo, médio entre 5 N e 5 S (Fig. 7), mostra claramente os efeitos do deslocamento da Circulação de Walker, com uma extensa região de movimento ascendente sobre o Pacífico equatorial leste (entre 180 W e 80 W), e subsidência anômala sobre a América do Sul (80 W a 50 W), África (0 E e 20 E) e Indonésia (100 E e 170 E). Esses resultados são coincidentes com as observações divulgadas pelo Climate Diagnostics Bulletin do CPC-NCEP de setembro de Em relação ao escoamento em altos níveis (200 hpa), observa-se que os padrões simulados pelo modelo (Fig. 8) apresentam características gerais bastante parecidas com as observadas (Fig. 9), principalmente sobre a faixa tropical. São exemplos desses padrões, as circulações anticiclonicas sobre a Índia, o oeste da África, o Pacífico centro-sul e oeste-norte. Entretanto, alguns padrões não foram bem simulados pelo modelo, tais com o cavado sobre o Nordeste brasileiro e do anticiclone na costa oeste do México. Por outro lado, esses sistemas se mostraram mais evidentes nos primeiros dias da simulação, indicando que a dissipação linear, usada para se atingir uma resposta estacionária pelo modelo, não deve ter um valor único em todo o domínio, como foi utilizado nestas simulações. Assim, embora o modelo utilizado neste trabalho seja bastante simplificado, foi capaz de simular as principais características do escoamento em altos níveis e do campo de subsidência, induzidos pela convecção tropical média de setembro de As discrepâncias encontradas poderiam ser eventualmente estudadas do ponto de vista de aperfeiçoamento do modelo (sem entretanto mudar suas características de simplicidade ), tais como uma difusão não linear mais seletiva, inclusão de difusão vertical, ou dissipação linear com dependência tridimensional. Importantes relações entre a convecção e a circulação tropical poderiam ser também estabelecidas com a utilização de padrões de aquecimento mais realísticos. As estruturas

4 verticais e horizontais das fontes de calor poderiam ser baseadas em análises de balanços termodinâmicos ou de informações mais precisas de precipitação derivadas de satélites. Aspectos transientes da convecção tropical (que não foram levados em consideração nas simulações) podem também ser responsáveis pelas discrepâncias entre os campos simulados e observados. Finalmente, um importante aspecto não abordado neste trabalho, é a questão da interação entre os campos gerados pela convecção tropical e o escoamento e a estratificação térmica de um estado básico, onde estão inseridos esses campos. Enquanto a estratificação pode influenciar na estrutura vertical do movimento vertical, o escoamento do estado básico, principalmente em latitudes subtropicais, pode ajudar a esclarecer o papel da precipitação tropical nos padrões de teleconexões, que transferem esses efeitos para regiões remotas. Estudos envolvendo alguns aspectos citados acima vem sendo executados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Gandu, A. W. e P. L. Silva Dias, 1998: Impact of tropical heat sources on the South American tropospheric upper circulation and subsidence. J. Geoph. Res., 103 (D6), Agradecimentos : Ao Met. Gilvan Sampaio (CPTEC/INPE), pela disponibilização dos dados, à FAPESP (Proc. N o ) e ao CNPq (Proc. N o /90-2). Fig. 5 - Movimento vertical (omega) em 400 hpa, médio entre o 13 o e o 17 o dia de simulação. Intervalos de contorno de 30 hpa/dia para movimento ascendente (negativos) e de 5 hpa/dia para movimento subsidente (positivos) Fig. 6 - Movimento vertical (omega) ANOMALO em 400 hpa, médio entre o 13 o e o 17 o dia de simulação. Intervalos de contorno de 50 hpa/dia para valores absolutos de omega maiores que 50 hpa/dia e de 5 hpa/dia para valores de omega entre -50 e 50 hpa/dia.

5 Fig. 7 - Movimento vertical (omega) ANOMALO, médio entre as latitudes de 5 N e 5 S. Intervalo de contornos de 20 hpa/dia. Fig. 8 - Linha de corrente em 200 hpa, média entre o 13 o e o 17 o dia de simulação. Fig. 9 - Linhas de corrente em 200 hpa, para setembro de 1997 (Fonte: CPTEC/INPE).