CLIMATOLOGIA ENERGÉTICA DA REGIÃO PREFERENCIAL DOS VÓRTICES CICLÔNICOS DE ALTOS NÍVEIS (VCAN) E DA ZONA DE CONVERGÊNCIA INTERTROPICAL (ZCIT)

Transcrição

1 CLIMATOLOGIA ENERGÉTICA DA REGIÃO PREFERENCIAL DOS VÓRTICES CICLÔNICOS DE ALTOS NÍVEIS (VCAN) E DA ZONA DE CONVERGÊNCIA INTERTROPICAL (ZCIT) Lígia Alves da Silva 1,2 e Prakki Satyamurty 2,3 1 Laboratoire de Physique et Chimie de l Environnement et de l Espace- Centre National de la Recherche Scientifique - LPC2E/CNRS - France 2 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE - Brasil 3 Universidade do Estado do Amazonas - UEA - Brasil RESUMO: A evolução dos sistemas tropicais de grande escala podem afetar os padrões de vários sistemas subtropicais. Todavia, os mecanismos que determinam sua evolução ainda não são bem compreendidos. A região Nordeste do Brasil (NEB), que localiza-se na região tropical, apresenta uma taxa de precipitação extremamente baixa. Este padrão climático está fortemente relacionado aos Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) e a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). O centro dos VCAN e o deslocamento da ZCIT para o Hemisfério Norte estão diretamente relacionados a baixa taxa de precipitação desta região. Portanto, neste trabalho investiga-se o Ciclo de Energia de Lorenz dos sistemas tropicais de grande escala sobre a América do Sul e oceanos adjacentes que afetam o clima do NEB. Estima-se as energias e conversões de energias do VCAN e ZCIT de 1979 a Os resultados mostram que existe uma forte interação entre estes sistemas. Em que, é notável alta correlação entre as Energias Potencial dos Eddies (A E ). Períodos de picos de máxima de todas energias são coincidentes com anos de El Nino e de mínima coincidentes com anos de La Nina ou anos Normais, sugerindo que as condições no Pacífico tropical Leste afetam o ciclo energético dos sistemas tropicais do Atlântico. ABSTRACT: The evolution of the large-scale tropical systems affects the patterns of several sub-tropical systems. However, the precise mechanisms that determine its evolution still not well determined. The Northeast region of the Brazil (NEB), which is in the tropical region, presents an extremely low precipitation rate. This climatic pattern is strongly related to the Upper Tropospheric Cyclonic Vortex (UTCV) and to the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). The core of the UTCV and the displacement of the ITCZ to the North Hemisphere are directly related to the low precipitation rate. So, this work investigates the Lorenz Energy Cycle in the tropical large-scale systems over South America and adjacent oceans that affects the climate of the NEB. We estimate the energies and energies conversions of UTCV and ITCZ from 1979 to The results show that there is a strong interaction between these systems. It is remarkable the high correlation between the Potential Energies Eddies (A E ). Periods of intense peaks coincide with El Nino years and the minima coincided with La Nina or Normal years, which suggest that the conditions in the Eastern Tropical Pacific affects the energetic cycle of the tropical Atlantic systems.

2 1. INTRODUÇÃO Os sistemas de grande escala ZCIT e VCAN apresentam interações através de suas bandas de nebulosidade no período de verão austral, trazendo conseqüências no regime de chuvas da região Nordeste do Brasil (NEB). A Zona de Convergência Intertropical é um dos principais sistemas que atua nos trópicos. Sua posição e estrutura mostram-se decisivas na caracterização do tempo e clima das regiões ao longo do cinturão equatorial (inclusive o norte e nordeste da América do Sul). O seu deslocamento apresenta uma variabilidade anual, alcançando sua posição mais ao norte (8ºN) durante o outono boreal, e a sua posição mais ao Sul (1ºN) durante o mês de abril (Hastenrath e Heller, 1977). Os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) são sistemas de circulação ciclônica que ocorrem freqüentemente no verão austral, definidos como sistemas de baixa pressão em grande escala, formados na alta troposfera, cuja circulação ciclônica fechada possui o centro mais frio que sua periferia (Kousky e Gan, 1981). Esta característica está relacionada com a diminuição de chuvas fortes na região do semi-árido Nordestino. Portanto, conhecer energeticamente estes sistemas conduz ao entendimento dos movimentos atmosféricos da região em estudo. Em que as energias e conversoões são interpretadas fisicamente em termos de gradientes de temperatura, movimentos atmosféricos verticais e horizontais. 2. MATERIAL E MÉTODOS Devido aos dados de re-análise para o Hemisfério Sul (HS) apresentarem maior confiabilidade a partir da década de 70, este estudo foi limitado para uma climatologia energética de 1979 a São utilizados os dados de re-análise 2 do National Centers for Environmental Prediction Department of Energy (NCEP-DOE), com resolução de 2,5 X 2,5, disponíveis na homepage As variáveis utilizadas são: as componentes zonal (u) e meridional (v) do vento, o ômega (ω) e a temperatura do ar (T). Estes dados são médias diárias obtidas em 17 níveis ( hPa). Para a avaliação da nebulosidade associada aos sistemas estudados e determinação das respectivas regiões preferenciais são utilizados dados de radiação de ondas longas (ROL) no topo da atmosfera, fornecidos pelo National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) em: Para determinar tendências de longo prazo são utilizadas as médias móveis anuais e o método dos mínimos quadrados de acordo com Wilks (1995). As equações das energias e conversões de energias são especificas para o estudo de área limitada (Michaelides, 1986). As expressões matemáticas utilizadas das energias (Energia Potencial Zonal -A Z, Energia Potencial da Perturbação-A E,Energia Cinética Zonal- K Z e Energia Cinética da Perturbação-K E ) e conversões de energias [(K Z -A Z ), (A Z -A E ), (A E -K E ) e (K E - K Z )] estão de acordo com a notação proposta por Reiter (1969).

3 A identificação do posicionamento preferencial dos sistemas é necessária para realização do cálculo da energética no volume (850hPa-100hPa). A região preferencial do VCAN é identificada através dos campos de vorticidade reletiva negativa em 200hPa a partir do limiar -2,5 x10-5 s -1 (Figura 1a). Enquanto o posicionamento preferencial da ZCIT é realizado a partir dos dados de Radiação da Onda Longa com limiar de ROL 240W/m 2 (Figura 1b). 3. RESULTADOS A energética da ZCIT a partir de dados diários (Figura não apresentada) mostrou que as magnitudes de K Z e K E são relativamente maiores que as magnitudes de A Z e A E. Este fato se deve aos fracos gradientes térmicos na região da ZCIT. A E esteve sempre maior, em geral, que A Z. Isso significa que quando ocorrem perturbações na região da ZCIT, tais como onda de leste, os gradientes térmicos no sentido zonal são produzidos. Para estudar as oscilações inter-anuais e decadais e possíveis tendências de longo prazo, as médias móveis anuais são aplicadas. A Figura 2 apresenta as componentes de energia da região da ZCIT (linha azul) e do VCAN (linha verde). Analisa-se primeiramente região da ZCIT. Observe que estas apresentam variação inter-anual, com aproximadamente seis mínimos e seis máximos distintos no período de 28 anos. Isto indica uma oscilação inter-anual com periodicidade de aproximadamente 4 anos, em todas as energias da ZCIT, que pode estar associada com o fenômeno ENSO. Observe que a componente A Z aumenta em anos de El Nino e diminui em anos de La Nina. Contudo, sendo A Z uma função da média zonal do gradiente térmico meridional, o resultado indica que os contrastes térmicos norte-sul no Atlântico aumentam em anos de EL Nino. Com exceção de , todos os picos ocorreram nos anos de El Nino e todos os mínimos nos anos de La Nina ou anos Normais, sugerindo que A Z no Atlântico pode ser utilizada como proxy para os eventos ENSO. A segunda análise é realizada nas componentes de energia da região preferencial dos VCAN (linha verde da Figura 2). Observe que as componentes de energia potencial possuem valores menores que as componentes de energia cinética. Todavia, é importante notar que a energia potencial neste caso é muito maior que na ZCIT. Isto se deve ao fato do VCAN possuir estrutura térmica significativa, que ocorre devido este sistema de altos níveis apresentar ar relativamente frio no centro e relativamente quente na borda oeste. O estudo de correlação entre as componentes de energia da região da ZCIT (linha azul) e do VCAN (linha verde) mostra que cada componente de energia da ZCIT apresenta um bom sincronismo com a respectiva componente do VCAN, especialmente, das perturbações, A E e K E, indicando que as perturbações das regiões da ZCIT e VCAN são as mesmas ou ocorrem simultaneamente. Observa-se que as componentes da perturbação, tanto da energia potencial quanto da energia cinética apresentam maiores índices de correlação, estas atingem 0,87 e 0,90, respectivamente. Isto é, anos em que as perturbações na região da ZCIT são mais ativas as

4 perturbações na região do VCAN também são ativas, e vice versa. As energias A Z e K Z também mostram correlação significativa entre ZCIT e VCAN, maior que 0,40. No entanto, são claras as defasagens entre as componentes zonais da energia potencial a partir de Esta data é coincidente com algumas mudanças observadas no padrão de manutenção dos VCAN, através do cálculo das conversões de energias (Figuras não mostradas), que por sua vez, coincide com anos de La Niña. A ZCIT também apresentou mudanças no padrão de manutenção a partir de 2002 (Figuras não mostradas). A defasagem também é observada entre as componentes zonal de energia cinética, no entanto, isto é observado a partir de Observe que o aumento de K Z do VCAN está associado com uma diminuição da ZCIT e vice-versa. 4. CONCLUSÕES Através do cálculo das componentes de energia observou-se que a ordem de grandeza das componentes de energia cinética é maior que a ordem de grandeza das componentes de energia potencial disponível durante todo o período estudado. Este resultado é consistente com a localização tropical dos domínios. Os picos de máxima de todas as componentes de energias coincidiram com períodos de El-Niño e os picos de mínima coincidiram com períodos de La Niña ou anos Normais. Isto leva a concluir que em anos de El Niño a circulação da região Sul Americana Tropical é mais intensa que nos anos Normais ou de La Niña. Existem algumas diferenças entre as energéticas das regiões destes dois sistemas tropicais, ZCIT e VCAN. A primeira refere-se às componentes de energia potencial, as quais apresentaram valores significativamente maiores na região do VCAN do que na região da ZCIT. Isto se deve a estrutura térmica do VCAN com centro frio e periferia quente. As interações energéticas entre os dois sistemas foram investigadas através do estudo de correlação simples. As variabilidades inter-anuais das energias potencial e cinética dos eddies apresentaram altas correlações (superiores a 87%) entre os dois sistemas. Isto indica que nos anos em que a convecção na ZCIT é intensa, no VCAN também é intensa. 5. AGRADECIMENTOS Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq pela bolsa de Doutorado n / e de Pós-Doutorado n / REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Hastenrath, S. e L., Heller, Dynamics of Climatic Hazards in North-East Brazil. Quart. J. R. Meteor. Soc., 110, Kousky, V. E.; Gan, M. A. 1981, Upper tropospheric cyclonic vortices in the tropical South Atlantic. Tellus. 33, Michaelides, S. C. 1986, Limited area energetics of Genoa Cyclogenesis. Mon. Wea. Rev. 115,

5 Reiter, E. R., Mean and Eddy Motions in the Atmosphere. Mon. Wea. Rev. 97, Wilks, D. S. 1995, Statistical Methods In The Atmospheric Sciences, Academic Press, 46. (a) (b) Figura 1: (a) Campo da média do número de dias por verão ( ) da Vorticidade Relativa Negativa em 200 hpa -2,5 x10-5 s -1 com caixa representativa da região preferencial do VCAN; (b) Campo da média do número de dias por verão ( ) da Radiação de Onda Longa 240 W/m 2 com caixa representativa da região preferencial da ZCIT. R=0,45 R=0,87 R=0,90 R=0,41 Figura 2: Energias A Z, A E, K Z e K E, referentes ao domínio da ZCIT (em azul) e ao domínio do VCAN (em verde), período de