COMO UM MODELO CLIMÁTICO REPRODUZ A CLIMATOLOGIA DA PRECIPITAÇÃO E O IMPACTO DE EL NIÑO E LA NIÑA NO SUL DA AMÉRICA DO SUL?

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1 COMO UM MODELO CLIMÁTICO REPRODUZ A CLIMATOLOGIA DA PRECIPITAÇÃO E O IMPACTO DE EL NIÑO E LA NIÑA NO SUL DA AMÉRICA DO SUL? Alice M. Grimm Grupo de Meteorologia, Departamento de Física, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR. grimm@fisica.ufpr.br Chester F. Ropelewski International Research Institute for Climate Prediction, Palisades, NY, USA ABSTRACT Southern South America experiences consistent and strong precipitation anomalies associated with the various stages of El Niño and La Niña events. This study examines whether a climate model currently used for regular seasonal forecast is able to reproduce the climatology of rainfall in the region and the consistent El Niño and La Niña related precipitation anomalies in Southern South America, when driven by observed sea surface temperatures. INTRODUÇÃO O sul da América do Sul (AS) sofre fortes e consistentes anomalias de precipitação associadas com os vários estágios dos eventos El Niño (EN) e La Niña (LN) (Ropelewski e Halpert, 1987, 1989; Grimm et al., 1998, 2000). A evolução temporal das anomalias varia sobre a região, devido aos diferentes processos que levam à precipitação (Grimm et al., 2000). Atividades importantes para a economia regional, como a agricultura e a geração de energia hidroelétrica, são significativamente afetadas por variações climáticas. Portanto, previsões climáticas tem um grande valor potencial nessa região e poderiam ser usadas para diminuir perdas ou aumentar vantagens proporcionadas por anomalias climáticas. Sabe-se que a previsibilidade climática é menor nos extratrópicos que nos trópicos, devido à maior variabilidade do tempo relacionada a sistemas sinóticos instáveis (Trenberth et al., 1998). Contudo, devido à propagação de ondas de Rossby, a variabilidade de baixa frequência das condições de fronteira nos trópicos (temperatura da superfície do mar) causa variabilidade atmosférica de baixa frequência nos extratrópicos, que modula a variabilidade sinótica, produzindo anomalias consistentes durante o ciclo ENOS. O propósito deste trabalho é examinar se um modelo climático operacionalmente usado para previsão climática sazonal, reproduz a climatologia da precipitação no sul da AS e as anomalias consistentes de precipitação relacionadas com eventos EN e LN, quando forçado por anomalias observadas de temperatura da superfície do mar. MATERIAIS E MÉTODOS Os resultados produzidos pelo modelo Echam3, com resolução T42, forçado por temperatura da superfície do mar observada são usados nesta análise para o período A resolução T42 corresponde a uma grade gaussiana global de intervalos de longitude/latitude, com espaçamento aproximado de 2,8º 2,8º. O modelo Echam3 foi construído no Max Planck Institute e inclui parametrização avançada para radiação, convecção, formação de nuvens e precipitação, processos de superfície e camada limite planetária. As anomalias observadas de precipitação no sul da AS, assim como a avaliação de sua consistência, foram baseados em Grimm et al. (2000). Elas são obtidas de mais de 250 estações selecionadas na Argentina, Brazil, Chile, Paraguai e Uruguai. Para comparação, os totais mensais de precipitação dados pela média do conjunto de oito rodadas do modelo (no mesmo período) são submetidas a mesma análise, descrita a seguir. Para detalhar a variabilidade espacial e temporal do impacto de ENOS, as precipitações medianas para eventos EN e LN são calculadas para cada estação e cada trimestre, de maio do ano em que os episódios começam (0) até agosto do ano seguinte (+). Esses valores são expressos como percentis da distribuição gama para cada estação e um mapa de isolinhas é gerado. Para avaliar a consistência das anomalias durante eventos EN e LN, aplica-se um teste baseado na distribuição hipergeométrica. Por exemplo, para testar as consistência da relação ENcondições úmidas de uma população que contém r eventos EN e k deles são secos, a probabilidade de obter mais do que k casos secos em uma amostra de r episódios tomados ao acaso desta população é calculada. Esta dará o nível 3377

2 de significância desta relação. A distribuição hipergeométrica dá a probabilidade de obter p episódios secos (úmidos) em r tentativas de uma população de n 1 casos secos e n 2 casos úmidos. A tabela abaixo mostra os anos (0) dos episódios EN e LN incluídos no estudo. El Niño 1957, 1963, 1965, 1969, 1972, 1976, 1979, 1982, 1986, La Niña 1956, 1964, 1970, 1971, 1973, 1975, 1985, RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise dos ciclos anuais de precipitação observados (Fig. 1) e produzidos pelo modelo (Fig. 2), mostram semelhanças e diferenças. O modelo reproduz bem a climatologia da precipitação no Sudeste do Brasil, norte do Paraguai e centro-norte da Argentina, com seu máximo no verão e período seco no inverno, característico do regime de monções. Também reproduz satisfatoriamente a escassez de precipitação no sudeste da Argentina e o máximo de precipitação no inverno no Chile Central. O modelo, entretanto, coloca excesso de precipitação no sudoeste e sul da AS e norte do Chile. A principal diferença está no regime de precipitação no sul do Brasil, sul do Paraguai, Uruguai e nordeste da Argentina. Enquanto as observações indicam chuva aproximadamente uniforme durante o ano inteiro, o modelo estende para esta região o regime de precipitação máxima no verão e mínima no inverno. Isto significa que o modelo não está reproduzindo satisfatoriamente a chuva associada com a passagem de sistemas sinóticos (frentes) nos subtrópicos. Uma das razões para este comportamento pode ser vista no vento zonal e função corrente em 200 hpa (não mostrados): o modelo não reproduz satisfatoriamente o máximo do jato subtropical sobre a AS subtropical oeste em julho. As figuras 3 a 6 mostram os percentis esperados de precipitação sazonal para trimestres desde o final do inverno do ano em que os eventos se iniciam até o auge do verão, obtidos dos dados observados e dos resultados do modelo. Durante o inverno-primavera (agosto-outubro) de eventos EN há fortes e consistentes anomalias positivas sobre o Chile Central e anomalias positivas começam a espalhar-se sobre o nordeste da Argentina e o sul do Brasil (Fig. 3). O modelo mostra anomalias com sinal correto sobre o Chile e centro-sul da Argentina, embora as anomalias estejam exageradas nesta região e no Chile estão deslocadas para norte. No nordeste da Argentina, sul do Brasil e Paraguai as anomalias do modelo são opostas às observadas (Fig. 4). Durante a primavera (outubro-dezembro), quando as anomalias são as mais fortes no sul do Brasil, sul do Paraguai e nordeste da Argentina, o modelo reproduz os aspectos principais da precipitação anômala nessa região, embora as anomalias estejam subestimadas. No Chile e sul da Argentina as anomalias tem sinal correto, embora exageradas. Nesta estação a performance do modelo é a mais satisfatória. Durante o verão (dezembro-fevereiro), as anomalias positivas consistentes no centro-nordeste da Argentina e partes do sul do Brasil não estão presentes nos resultados do modelo. As anomalias negativas no oeste da Argentina são reproduzidas de forma superestimada e no sul do Chile aparecem anomalias positivas não observadas. Em eventos LN (Fig. 5 e 6), durante o inverno-primavera, as anomalias negativas no Chile central não são bem reproduzidas pelo modelo, e novamente deslocadas para norte. Além disso, o modelo coloca fortes anomalias no centro-leste da Argentina, que não correspondem às anomalias observadas. Por outro lado, as anomalias negativas sobre o sul do Brasil e nordeste da Argentina estão bem reproduzidas, embora superestimadas. Durante a primavera, as fortes anomalias negativas no Sul do Brasil, Uruguai e nordeste da Argentina estão bem representadas. As anomalias negativas produzidas no Chile e centro-sul da Argentina não tem contrapartida observacional. No verão, o modelo reproduz alguns aspectos do impacto sobre o Brasil (embora não de forma consistente), mas não reproduz as consistentes anomalias negativas no centro-nordeste da Argentina. As anomalias produzidas no norte do Chile são superestimadas. CONCLUSÕES As anomalias produzidas pelo modelo tendem a ser exageradas na faixa de latitudes médias sobre a Argentina, tanto em eventos EN como LN. Sobre o Chile, as anomalias tendem a ser deslocadas para norte. Na primavera, quando o impacto é mais forte nos subtrópicos da AS, o modelo reproduz os principais sinais, subestimados para EN e superestimados para LN. No verão, a resposta na AS subtropical é pouco satisfatória, principalmente no nordeste da Argentina. Alguns aspectos importantes da resposta da precipitação não são 3378

3 reproduzidos no modelo por problemas na sua climatologia e também por subestimação de fontes anômalas tropicais de calor, principalmente no Pacífico Leste e sobre a Amazônia. A principal diferença entre a climatologia da precipitação observada e no modelo encontra-se no sul do Brasil, sul do Uruguai e nordeste da Argentina, onde os valores altos de precipitação no inverno não são reproduzidos. Por outro lado, a precipitação é superestimada no sudoeste da AS. Isto sugere que os sistemas sinóticos (frentes) são desviados dos subtrópicos para latitudes maiores no inverno. Outros importantes aspectos são reproduzidos, como o regime de máxima precipitação no verão e mínima no inverno no sudeste do Brasil, nordeste da Argentina e parte do Paraguai. AGRADECIMENTOS Ao IRI, por tornar possível a realização deste estudo e pela excelente biblioteca de dados. Ao CNPq e IAI, pelo suporte à pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GRIMM, A.M., FERRAZ, S.E.T., GOMES, J. Precipitation anomalies in Southern Brazil associated with El Niño and La Niña events. Journal of Climate, v.11, p , GRIMM, A.M., BARROS, V.R., DOYLE, M.E. Climate variability in Southern South America associated with El Niño and La Niña events. Journal of Climate, v.13, p.35-58, ROPELEWSKI, C.F., HALPERT, S. Global and regional scale precipitation patterns associated with the El Niño/Southern Oscillation. Mon. Weather Rev., v.115, p , ROPELEWSKI, C.F., HALPERT, S. Precipitation patterns associated with the high index phase of the Southern Oscillation. J. Climate, v.2, p , TRENBERTH, K.E, BRANSTATOR, G.W., KAROLY, D., LAU, N.-C., ROPELEWSKI, C.F. Progress during TOGA in understanding and modeling global teleconnections associated with tropical sea surface temperatures. J. Geophys. Res., v.103, p ,

4 Fig. 1 Ciclo anual das precipitações observadas. Fig. 2 Ciclo anual das precipitações do modelo ECHAM3 3380

5 Agosto (0) Outubro (0) Agosto (0) Outubro (0) Fig. 3 Percentis de precipitação média sazonal esperados para a estação indicada de eventos El Niño, obtidos com dados observados. Áreas sombreadas em cinza escuro Fig. 4 Percentis de precipitação média sazonal esperados para a estação indicada de eventos El Niño, obtidos com dados do ECHAM 3. Áreas sombreadas em cinza escuro 3381

6 Agosto (0) Outubro (0) Agosto (0) Outubro (0) Fig. 5 Percentis de precipitação média sazonal esperados para a estação indicada de eventos La Niña, obtidos com dados observados. Áreas sombreadas em cinza escuro Fig. 6 Percentis de precipitação média sazonal esperados para a estação indicada de eventos La Niña, obtidos com dados do ECHAM 3. Áreas sombreadas em cinza escuro 3382