XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 A OSCILAÇÃO DO ATLÂNTICO NORTE E A QUALIDADE DA QUADRA CHUVOSA DO CEARÁ Raul Fritz Bechtel Teixeira Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos FUNCEME Av. Rui Barbosa, 1246, CEP Fortaleza-Ceará-Brasil fritz@funceme.br ABSTRACT The tropical Atlantic variability (of the North and perhaps of the South Atlantic too) seems to have some connection with the North Atlantic Oscillation (NAO) which may provide an important extratropical forcing. There are several indications that the North Atlantic ocean varies significantly with the NAO. A lot of the North Atlantic SST variability is a response of the ocean to the anomalous air-sea fluxes derived by the NAO. The region between the paralels of latitude 20 N e 10 N of the North Atlantic is under the influence of the NAO. The SST of this area suffers the impact of the changes in trade winds, which in turn depend of the NAO fluctuations mainly the strength and location of the Azores High. Moreover, this area comprises an important part of the northern nucleus of the SST Dipole of the tropical Atlantic ocean. In this simple study, we have tried to observe if the NAO winter indexes could have some relation with the major rains over the State of Ceará which is located in the semi-arid north-northeastern Brazil. 1. INTRODUÇÃO A Oscilação do Atlântico Norte - OAN, nome provavelmente cunhado pelo famoso meteorologista e estatístico Gilbert Walker, se constitui num modo, de grande escala, de variabilidade climática natural com impactos no tempo, no clima e no ambiente marinho (e em sistemas biológicos), na região do Oceano Atlântico Norte e nos continentes próximos. Ela é responsável por flutuações climáticas interanuais, de grande amplitude, e é conhecida como um fenômeno atmosférico há pelo menos 200 anos A OAN consiste numa alternação (uma "gangorra"), de grande escala, de massa atmosférica com centros de ação em torno da Baixa Polar da Islândia e da Alta Subtropical dos Açores. Ela responde por mais de 1/3 da variação total na pressão ao nível do mar no Atlântico Norte. A OAN é o modo dominante do comportamento atmosférico do Atlântico Norte, através do ano, mas é mais pronunciada (em amplitude e em área) no período do inverno no hemisfério norte. Por isso, algumas vezes ela é chamada de OANI onde o "I" refere-se a "inverno". Neste, sempre que se falar em OAN subtende-se a referência à OANI. Os índices de OAN reportam as diferenças de pressão ao nível do mar (normalizadas) entre Akureyri ou Stykkisholmur (Islândia) e Ponta Delgada (Açores) ou Lisboa (Portugal) ou Gibraltar. Eles também podem ser definidos pelo primeiro componente principal derivado de séries temporais das pressões (nos centros) e das posições latitudinais médias da Baixa Pressão da Islândia e da Alta Pressão dos Açores. Os índices variam de ano para ano (e costuma-se usar o índice estimado em janeiro) mas mostram uma tendência de permanecer em uma fase em períodos de alguns anos. Já foram detectados períodos de 2, 8, 24 e 70 anos para a OAN. O índice OAN é considerado positivo quando a Alta Pressão dos Açores e a Baixa Pressão da Islândia mostram-se mais intensas do que o usual. Quanto mais intensas essas variáveis, mais positivo o índice se apresenta. Já o OAN é negativo no momento em que as referidas pressões estão pouco intensas, ou seja, quando a Baixa Pressão da Islândia e a Alta Pressão dos Açores estão mais fracas do que o normal. Durante a fase positiva do índice (principalmente num alto índice, de inverno), observa-se um deslocamento para sul do sistema de ventos alísios do Atlântico Norte e uma intensificação dos Ventos Alísios de Nordeste ao sul da Alta dos Açores e próximo ao noroeste da África (fig. 1, a e b) na área designada por "C2" (entre as latitudes 20 N e 10 N, da costa noroeste da África até 36 W de longitude), de Xavier, T. e Xavier, A. (1995), e na área (quase coincidente com a área D2, de Xavier, T. e Xavier, A., op. cit.) entre as latitudes 20 N e 10 N e as longitudes 38 W e 56 W, aproximadamente, do clássico estudo de Moura e Shukla (1981) de maior correlação entre a TSM (no mês 462

2 de março) e a precipitação média de março a maio para o centro-norte do Ceará. Essas áreas englobam boa parte da região do núcleo norte do Dipolo de TSM do Atlântico tropical. Os Ventos Alísios de Nordeste mais intensos, no alto índice positivo OAN, podem vir a abaixar as TSMs nas áreas mencionadas (por perda de calor pela superfície oceânica devido à intensificação da evaporação). Pode isso levar ao aparecimento de um Dipolo de TSM favorável às chuvas no Ceará se já existe ou é formado, em seguida, o núcleo mais aquecido, do dipolo, no Atlântico Tropical Sul? Fases positivas de OAN podem, ainda, favorecer o resfriamento do Atlântico próximo à costa noroeste da África através do transporte intensificado, de Ekman, de águas profundas mais frias para níveis superficiais. Já o índice OAN negativo pode levar a um quadro oposto ao apresentado pelo positivo, ou seja, TSMs mais aquecidas nas áreas mencionadas acima devido a um enfraquecimento dos Alísios de Nordeste. Será que ele pode contribuir para o surgimento de um dipolo, desfavorável às chuvas no Ceará, se já existir ou vier a ser formado o núcleo frio de TSM no Atlântico Tropical Sul? (a) (b) Fig. 1 Padrão atmosférico típico, segundo David B. Stephenson, representando alto índice OAN positivo. A flecha de cor laranja próxima ao noroeste da África indica os Alísios de NE mais intensificados (a). Em (b), anomalias típicas do campo de vento em 1000 hpa (derivadas do 463

3 Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set COADS) para alto índice OAN positivo, segundo Andreas Hense. Aparecem, ainda, os retângulos (áreas mencionadas no texto principal) que englobam parte do núcleo norte do Dipolo de TSM do Atlântico tropical. Observa-se uma intensificação dos Alísios de Nordeste nos retângulos o que pode levar ao abaixamento da TSM nessas áreas. A figura 2, a seguir, apresenta índices OAN (Lisboa Stykkisholmur), segundo Jim Hurrell (NCAR, EUA) e referentes ao mês de janeiro de cada ano. O índice referente ao ano de 2001 e do mês de janeiro, que não aparece no gráfico, foi de +0,7. Índices OAN Fig. 2 Índices OAN, para janeiro, segundo J. Hurrell e, ainda, David B. Stephenson, e para o período 1950 a Na década de 60, observou-se o predomínio de valores negativos de OAN. No início da década de 70 ocorreram valores positivos e novamente negativos no final dessa década. As décadas de 80 e 90 exibiram valores predominantemente positivos. A figura 3, abaixo, mostra, grosseiramente, uma caracterização da qualidade das quadras chuvosas (período entre fevereiro e maio) observadas no Ceará entre 1964 e Para cada ano fez-se corresponder uma categoria caracterizando o Ceará como um todo. As categorias utilizadas foram: MC muito chuvoso, C chuvoso, N normal, S seco e MS muito seco. A caracterização é grosseira porque, para uma certa quadra chuvosa, pode-se ter regiões diferentes do Ceará apresentando categorias diferentes. Então, o gráfico serve, apenas, para dar uma idéia aproximada do que se observou, em cada ano, no Ceará. Fig. 3 Caracterização, aproximada, da qualidade das quadras chuvosas do Ceará como um todo, entre 1964 e

4 Fonte: Regiões Climatológicas Homogêneas do Ceará. Freqüências relativas (probabilidades) de ocorrências de anos muito seco, seco, normal, chuvoso e muito chuvoso (quadra chuvosa = fev+mar+abr+mai). Período: (Xavier et al., 1999). Complementado, para os anos de 1999 a 2001, por informações da FUNCEME. Neste, buscou-se somente evidenciar, qualitativamente, alguma relação entre a fase positiva da OAN e a ocorrência de quadras chuvosas classificadas entre normais e muito chuvosas, para o Ceará, e entre normais e muito secas para fases negativas de OAN. Assim, desejava-se observar se o índice poderia servir como um preditor para a qualidade da quadra chuvosa do Ceará caso a OAN tivesse alguma influência, ou viesse a contribuir, no processo de estabelecimento do Dipolo de TSM do Atlântico tropical ainda que talvez somente como um agente regulador do núcleo setentrional do dipolo. 2. METODOLOGIA Buscando-se encontrar alguma relação entre a OAN e a qualidade das quadras chuvosas do Ceará, apenas comparou-se o sinal do índice OAN (de janeiro) com a caracterização da quadra chuvosa para o Ceará, como um todo, no período de 1964 a 2001 e observou-se, ainda, o tipo de Dipolo de TSM no Oceano Atlântico tropical e a ocorrência de eventos El Niño e La Niña (no Oceano Pacífico) na época da quadra chuvosa (de fevereiro a maio). 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Analisando-se, para exemplificar, apenas o período que vai de 1974 a 1983, dentre todo o conjunto de dados, tem-se que: Em 1974, o índice OAN foi positivo (conforme se observa na figura 2), o que talvez pudesse proporcionar uma condição propícia às chuvas no Ceará caso se verificasse dipolo favorável, de TSM, no Atlântico tropical. De fato, choveu muito bem no Ceará (conforme se observa na figura 3) e realmente observou-se a ocorrência de Dipolo do Atlântico, na quadra chuvosa, favorável às chuvas inclusive com a magnitude das anomalias de TSM bem acentuadas. Além disso, verificou-se um evento La Niña (no Oceano Pacífico) nesse período. No ano seguinte, 1975, também se observou índice OAN positivo e o Ceará se apresentou de normal a chuvoso. Havia Dipolo do Atântico favorável às chuvas, durante a quadra chuvosa, porém com anomalias de TSM menores que do ano anterior. Havia também um evento La Niña durante a quadra chuvosa. Em 1976, o índice OAN continuou positivo mas o Ceará mostrou-se entre normal e seco. Um dipolo, pouco pronunciado, favorável às chuvas estava estabelecido na quadra chuvosa desse ano e havia um episódio La Niña no início desse período ao qual, porém, logo se seguiu um El Niño. Em 1977, o índice foi negativo o que poderia significar problemas com as chuvas no Ceará caso se verificasse dipolo desfavorável no Atlântico. No entanto, aconteceu um dipolo, pouco pronunciado, favorável às chuvas e a quadra, para esse ano, no Ceará, ficou entre normal e chuvosa. Havia um evento El Niño fraco, nesse período. Em 1978, o índice OAN mostrou-se fracamente positivo e o Ceará se aproximou da normalidade. Houve Dipolo do Atlântico, não muito pronunciado, desfavorável na quadra chuvosa. Não existia, no Oceano Pacífico, episódios El Niño ou La Niña, durante a quadra chuvosa. No ano de 1979, o índice OAN foi negativo e o Ceará ficou entre seco e muito seco. Verificou-se, na quadra chuvosa desse ano, a existência de Dipolo do Atlântico, não muito pronunciado, desfavorável às chuvas. Não houve, no Oceano Pacífico, episódios El Niño ou La Niña, durante a quadra chuvosa. Em 1980, o índice OAN foi positivo e o Ceará se apresentou seco. Observou-se dipolo de TSM desfavorável às chuvas na quadra chuvosa desse ano. Não houve, no Oceano Pacífico, episódios El Niño ou La Niña, durante a quadra chuvosa. Em 1981, o índice OAN também foi positivo e o Ceará novamente se apresentou seco. Observou-se dipolo de TSM desfavorável às chuvas na quadra chuvosa desse ano. Não houve, no Oceano Pacífico, episódios El Niño ou La Niña, durante a quadra chuvosa. Em 1982, o índice OAN foi novamente positivo e o Ceará outra vez se apresentou seco. Observou-se, na quadra chuvosa, dipolo de TSM, pouco pronunciado, desfavorável às chuvas. Um evento El Niño teve início para o final da quadra chuvosa desse ano. 465

5 No ano de 1983, o índice OAN foi mais uma vez positivo e o Ceará se apresentou extremamente seco. Observou-se dipolo de TSM, pouco pronunciado, desfavorável às chuvas na quadra chuvosa desse ano e, ainda, um forte El Niño iniciado no ano anterior. Análises semelhantes foram estendidas, então, para os demais anos da série estudada. Apesar da OAN ser considerada o principal fator controlador das interações oceano-atmosfera sobre o Atlântico Norte, estudos de Vauclair e Penhoat (2001), onde foram utilizados dados oceânicos do período de 1979 a 1999, mostraram que a correlação entre o índice OAN e as anomalias de TSM, na faixa entre 20 N e 10 N do Atlântico Norte, é apenas marginalmente significativa (correlação de 25%, com "lag" zero). Ainda de acordo com esses autores, a correlação é um pouco mais significativa considerando-se anomalias de TSM, de inverno (30 de janeiro), para uma faixa entre 15 N e 5 N (ainda dentro da região do núcleo norte do Dipolo de TSM do Atlântico tropical). 4. CONCLUSÕES E COMENTÁRIOS FINAIS O índice OAN positivo pode levar ao resfriamento anômalo (pelo mecanismo vento - evaporação e fluxo de calor latente - TSM) das águas superficiais oceânicas em boa parte da região, no Atlântico Norte, em que se localiza o núcleo norte do Dipolo de TSM do Atlântico tropical e o índice negativo pode levar a um aquecimento dessa área. No entanto, Vauclair e Penhoat, op. cit., mostraram que a correlação entre as anomalias de TSM e a OAN, para essa área, não é muito significativa mesmo no período de inverno no hemisfério norte. Talvez essa correlação possa ser maior ao se considerar lag maior do que zero. De qualquer forma, no período aqui considerado, houve concordância entre o sinal do índice OAN e a qualidade da quadra chuvosa do Ceará em apenas 47% dos anos e nem sempre o tipo de Dipolo de TSM do Atlântico tropical correspondeu ao índice OAN observado, ou seja, quando o índice foi positivo nem sempre se observou dipolo favorável às chuvas no Ceará e quando ele foi negativo nem sempre se observou dipolo desfavorável às chuvas na época da quadra chuvosa. É possível, então, que um índice OAN positivo possa contribuir para o núcleo frio (no Atlântico tropical norte) do Dipolo de TSM porém pode ser que, no Atlântico tropical sul, não se observe o correspondente núcleo quente do dipolo durante a época da quadra chuvosa. Assim, não se teria dipolo favorável às chuvas no Ceará. Sabe-se, ainda, que nem sempre é simultâneo o aparecimento dos núcleos norte e sul com anomalias de TSM de sinais opostos, ou seja, aparecendo o núcleo frio, no hemisfério norte, isso não implica, necessariamente, o aparecimento imediato do núcleo quente, no hemisfério sul, caso ele já não exista. Além disso, a variabilidade da TSM ao norte e ao sul do equador, no Atlântico tropical, não é correlacionada ou parece ser independente uma da outra (dinamicamente não relacionada) de forma que talvez haja, no máximo, um fraco dipolo físico de TSM no Atlântico tropical. As interações oceano-atmosfera e os processos dinâmicos e termodinâmicos que dão origem ao Dipolo do Atlântico tropical são, portanto, de elevada complexidade e ainda não completamente compreendidos. A dinâmica do dipolo parece, pois, não ter forte ligação com a OAN provavelmente devido à independência da variabilidade da TSM nos dois hemisférios. Os anos de 1980 e 1981, p.ex., que não tiveram influência de eventos El Niño ou La Niña, apresentaram índices OAN positivos mas os dipolos do Atlântico foram desfavoráveis. Por outro lado, já foi até mesmo sugerido que o Atlântico tropical poderia induzir uma fase da OAN funcionando como uma forçante para a mesma. Assim, vê-se que o assunto ainda merece mais estudo. A observação do sinal da OAN em janeiro não representa, pois, um indício completamente seguro sobre o tipo de Dipolo de TSM do Atlântico tropical e sobre a qualidade da estação chuvosa cearense a se verificar no período de fevereiro a maio. É necessário destacar, ainda, que forçantes remotas tais como o El Niño tem influência apreciável sobre as anomalias de TSM do Oceano Atlântico tropical contribuindo, também, para a sua variabilidade e para a caracterização da qualidade da quadra chuvosa do Ceará. AGRADECIMENTOS Meus sinceros agradecimentos ao Presidente da FUNCEME, Sr. Francisco de Assis de Souza Filho, que muito contribuiu para proporcionar a minha participação nos workhops PIRATA-8 e CLIVAR-TAV realizados em Paris França, em agosto/setembro de 2001, e que levou à elaboração deste pequeno trabalho. Estendo, ainda, meus agradecimentos ao técnico e colega, da FUNCEME, José Maria de Brabo Alves que me cedeu gráficos de representação dos Dipolos de TSM do Atlântico tropical e que por sua dedicação aos estudos em climatologia também serviu de estímulo à realização deste. Agradecimentos especiais são ainda devidos à Profa. Teresinha Xavier, grande especialista em climatologia do Nordeste, que tem servido de elevada referência e incentivo para mim. 466

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Czaja, A. e Frankignoul, C. Observed Impact of Atlantic SST anomalies on the North Atlantic Oscillation. Journal of Climate, 15, 6, , Marshall, J. et al. Review. North Atlantic Climate Variability: Phenomena, Impacts and Mechanisms. International Journal of Climatology, 21, , Moura, A. e Shukla, J. On the Dynamics of Droughts in Northeast Brazil: Observations, Theory, and Numerical Experiments with a General Circulation Model. J. Atmos. Sci., 38, , Servain J. et al. A Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic (PIRATA). Bulletin of the American Meteorological Society, 79, n. 10, Oct Vauclair, F. e Penhoat, Y. du. Interannual Variability of the Upper Layer of the Tropical Atlantic Ocean from in situ Data between 1979 and Climate Dynamics, 17, , Xavier, T. de Ma. B. S. e Xavier, A. F. S. Modelos Lineares Generalizados na Explicação e Previsão da chuva no Estado do Ceará ( ). Em: Clarke, R. T. et al. Desenvolvimento Sustentável dos Recursos Hídricos, ABRH, 1, , Xavier, T. de Ma. B. S. Tempo de Chuva Estudos Climáticos e de Previsão para o Ceará e Nordeste Setentrional. ABC Editora. Fortaleza. 478p Obs.: foram, ainda, utilizadas neste as seguintes páginas da Internet:: NAO by Martin Visbeck (ldeo.columbia.edu), NAO Index by Todd Mitchell (jisao.washington.edu), NAO Thematic Web Site by David B. Stephenson (met.rdg.ac.uk), Let s Take a Look at the NAO by Andreas Hense (meteo.uni-bonn) e NAO indices Information by Jim Hurrel (cdg.ucar). 467

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