Avaliação da teleconexão atmosférica de verão associada à Oscilação Sul nas previsões climáticas retrospectivas do modelo climático do CPTEC

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1 Avaliação da teleconexão atmosférica de verão associada à Oscilação Sul nas previsões climáticas retrospectivas do modelo climático do CPTEC Fabíola de Souza Silva 1, Caio A. S. Coelho 2 1 Universidade Federal de Campina Grande UFCG Rua Aprígio Veloso, 882 Bairro Universitário Campina Grande PB Brasil, fabíola.ssilva@hotmail.com 2 Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos/Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais CPTEC/INPE Rodovia Presidente Dutra, Km 40, Cachoeira Paulista SP Brasil, caio.coelho@cptec.inpe.br ABSTRACT: This study aims at evaluating the ability of CPTEC s climate model in reproducing the atmospheric teleconnection pattern associated with the Southern Oscillation during the summer (DJF). With this purpose retrospective climate forecasts for the period 1979 to 2001 were analyzed to identify the reproduction of climatological characteristics of mean sea level pressure, forecast for Southern Oscillation Index, and finally the atmospheric teleconnection pattern associated with the Southern Oscillation. The results indicate that the model has skill in reproducing the main features of climatological pressure and also the Southern Oscillation Index. The model also reproduces reasonably well the pattern of global atmospheric teleconnection observed, although some regional characteristics of this pattern, for example, over part of northeastern Brazil, southern Africa and Indonesia showed poor adhesion with the observations. Palavras-chave: Teleconexão atmosférica, Índice de Oscilação Sul, ENOS. 1 - INTRODUÇÃO A pressão atmosférica, definida como a força por unidade de área exercida pela coluna de ar atmosférico contra a superfície do planeta, é considerada uma das variáveis meteorológicas mais importantes para estudos de sistemas de grande escala. A variação no campo da pressão influencia os padrões de vento, onde grandes diferenças de pressão em regiões adjacentes resultam em ventos intensos e pequenas diferenças resultam em ventos fracos. Esses padrões de ventos definem a circulação geral da atmosfera. A pressão atmosférica atinge seu valor máximo ao nível médio do mar, sendo neste nível encontrados os sistemas sinóticos (por exemplo, depressões, anticiclones e frentes) que exercerem influência nas condições de tempo e clima de uma determinada região. Walker (1924) foi pioneiro a desenvolver estudos relacionados às oscilações (diferenças) de pressão atmosférica referindo-se ao balanço na pressão ao nível médio do mar (PNMM) entre a alta subtropical do Pacífico sudeste e a região de baixa pressão no Oceano Índico desde a África até o norte da Austrália, sendo esta definida como Oscilação Sul. Hoje sabe-se que a interação entre a Oscilação Sul e a variação no campo de temperatura da superfície do mar (TSM) do Ocean o Pacífico Equatorial, manifesta-se através de um fenômeno conhecido como El Niño/La Niña. O fenômeno El Niño é definido como um aquecimento anômalo das águas superficiais do Pacífico Equatorial. O fenômeno La Niña possui características opostas ao El Niño, caracterizando-se por um esfriamento anormal das águas superficiais na região do Pacífico Equatorial. O acoplamento entre as condições oceânicas e atmosféricas acontece da seguinte maneira. Quando as anomalias de TSM na região do Pacífico Equatorial são positivas (ou seja, as condições oceânicas superficiais apresentam-se mais aquecidas do que o normal) a pressão atmosférica ao nível médio do mar (PNMM) é mais baixa em Tahiti (17 S, 150 W)

2 do que em Darwin (12 S, 130 E), logo a diferença de pressão entre essas duas localidades é negativa. Quando as anomalias de TSM na região do Pacífico Equatorial são negativas (ou seja, as condições oceânicas superficiais apresentam-se mais frias do que o normal) a pressão atmosférica ao nível médio do mar (PNMM) é mais alta em Tahiti (17 S, 150 W) do que em Darwin (12 S, 130 E), logo a diferença de pressão entre essas duas localidades é positiva. A diferença de pressão entre Tahiti e Darwin define um índice denominado Índice de Oscilação Sul (SOI). O fenômeno El Niño/La Niña representa a componente oceânica de um fenômeno acoplado denominado El Niño Oscilação Sul (ENOS), onde a componente atmosférica é a Oscilação Sul propriamente dita. A relação remota entre o padrão de pressão no Pacifico Central e o padrão de pressão na região do norte da Austrália é atualmente conhecida como teleconexão atmosférica. O conceito de teleconexão foi introduzido pela primeira vez por Ångström (1935) em um de seus trabalhos intitulado como Teleconexões das mudanças climáticas no tempo presente. Neste trabalho Ångström define a teleconexão atmosférica com uma visão geral da circulação atmosférica, onde forçantes locais agem para influenciar regiões adjacentes (remotas). Este trabalho tem por objetivo avaliar a habilidade do modelo de previsão climática sazonal do CPTEC em reproduzir o padrão de teleconexão atmosférica associado à Oscilação Sul durante o verão (DJF) no período de 1979 a MATERIAL E MÉTODOS Neste trabalho foi utilizada a versão espectral T62L28 do modelo de circulação geral da atmosfera (MCGA) do CPTEC ( Cavalcanti et al., 2002; Marengo et al., 2003), com truncamento de 62 ondas na horizontal e 28 níveis verticais. A parametrização de nuvens convectivas profundas do modelo utiliza o esquema desenvolvido por Kuo (1974). O modelo foi integrado em modo de previsão sazonal para o período de 1979 a 2001, sendo as previsões resultantes interpoladas para a resolução espacial horizontal de 2.5 graus de latitude por 2.5 graus de longitude para comparação com as observações/análises disponíveis nessa resolução espacial. As previsões para o verão (DJF) avaliadas no presente estudo foram produzidas no mês de novembro imediatamente anterior a DJF com condições de contorno do mês de outubro imediatamente anterior, ou seja, trata-se de previsões com um mês de defasagem entre a data da produção da previsão (novembro) e a data de validade da previsão (DJF).A condição de contorno utilizada foi a persistência da anomalia da temperatura da superfície do mar (TSM) do mês de outubro. Por exemplo, para a previsão para DJF 1979/1980, a anomalia de TSM observada em outubro de 1979 foi somada a climatologia de TSM dos meses de novembro/1979, dezembro/1979, janeiro/1980 e fevereiro/1980. Para cada previsão produz-se um total de 10 membros para o conjunto ( ensemble ). Os resultados apresentados utilizam PNMM e precipitação média sazonal para DJF previstas pelo modelo para o período de 1979 a Para a verificação das previsões utilizou-se dados provenientes das reanálises do NCEP/NCAR (Kalnay el al., 1996) e do projeto climatológico global de precipitação (Adler et al., 2003). 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Antes de analisar o padrão de teleconexão propriamente dito é importante avaliar a habilidade do modelo do CPTEC em reproduzir as características climatológicas de pressão. Com esse intuito, foram confeccionados os campos da climatologia de pressão ao nível médio do mar (PNMM) usando-se as previsões retrospectivas do modelo para o período e os campos equivalentes observados provenientes das reanálises do NCEP/NCAR (Kalnay et al., 2006) para o trimestre DJF. A comparação entre os campos climatológicos previstos pelo modelo e os campos climatológicos observados permite o diagnóstico da habilidade do modelo em reproduzir as principais características climatológicas de PNMM.

3 De maneira geral pode ser observado na Figura 1 que as principais características climatológicas da pressão ao nível médio do mar foram bem representadas pelo modelo do CPTEC, visto que, ao comparar o campo climatológico previsto (Figuras 1b,) com o campo climatológico observado (Figuras 1a), destaca -se a habilidade do modelo em reproduzir as altas subtropicais do hemisfério norte e sul. Observa-se ainda que os centros de baixa pressão sobre as Ilhas Aleutas e sobre a Groelândia também foram diagnosticados pelo modelo (Figuras 1a e 1b). Destaca-se também a habilidade do modelo em simular o centro de baixa pressão sobre a Indonésia e da alta subtropical do Pacífico Sul (Figuras 1a e 1b), centros estes associados à Oscilação Sul. Ao fazer a diferença entre o campo climatológico de pressão previsto e o campo climatológico observado (Figuras 1c), pode -se notar que as menores diferenças foram obtidas na região tropical, e as maiores diferenças em direção aos pólos. Esse resultado indica a melhor habilidade do modelo em prever os padrões de pressão na região tropical e deficiência em prever estes padrões nas regiões extratropicais e polares. ( a ) ( b ) ( c ) Figura 1: Média climatologica da PNMM para o trimestre DJF a) observada, b) prevista pelo modelo climático do CPTEC, e c) diferença entre a climatologia prevista (painel b) e a climatologia observada (painel a). Além das características climatológicas do campo da pressão ao nível médio do mar, também é importante verificar a habilidade do modelo em prever esse campo em anos passados desde 1979 a Essa verificação pode ser realizada através da construção de mapas de correlação entre as previsões e observações para o período em cada ponto de grade assim como é mostrado na Figura 2a. Pode-se observar nessa figura que na região tropical o modelo apresenta maior destreza, ou seja, apresenta maior aderência entre os valores de pressão prevista e observada, indicada pelos maiores valores do coeficiente de correlação nessa região comparado com as demais regiões do globo. Para a investigação do padrão de teleconexão associado à Oscilação Sul é necessário inicialmente calcular o IOS previsto pelo modelo e compará-lo com o IOS observado como mostra a Figura 2b. De maneira geral, o IOS previsto se mantém flutuando dentro do limite comum ao IOS observado. A correlação entre o IOS previsto e o IOS observado é de 0.78, indicando forte associação entre as duas séries. Os picos negativos indicam anos de atuação do fenômeno El Niño, destacando-se os anos de 1982 e 1997 (Figura 2b) onde o modelo concorda com a observação. No entanto o modelo falhou na detecção do El Niño de Os picos positivos indicam anos de atuação do fenômeno La Niña, destacando-se os anos de 1988 e 1995, onde este fenômeno ocorreu de forma moderada e fraca respectivamente, sendo registrado pelo modelo.

4 ( a ) ( b ) Figura 2: a) Destreza da previsão de PNMM para o trimestre DJF dada pela correlação entre a PNMM prevista pelo modelo climático do CPTEC e a PNMM observada durante o período b) Série temporal do IOS previsto (linha preta) e observado (linha azul) para o trimestre DJF. ( a ) ( b ) Figura 3: Teleconexão atmosférica para o trimestre DJF a) observada e b) prevista pelo modelo climático do CPTEC dada pela correlação para o período entre o IOS e a precipitação em cada ponto de grade. A Figura 3a mostra o padrão de teleconexão observado, ou seja, um mapa de correlação entre o IOS observado (linha azul da Figura 2b) e a precipitação observada em DJF no período de 1979 a Através desse mapa de teleconexão atmosférica é possível identificar como as mudanças nos padrões de circulação de grande escala associados à Oscilação Sul influenciam no padrão de precipitação. As correlações positivas sobre o norte da Austrália, Indonésia, Pacífico Oeste, sul da África, norte da América do Sul, incluindo parte da região nordeste do Brasil, indicam que em anos de El Niño, quando o IOS é negativo, há tendência de redução da precipitação sobre essas regiões, enquanto que em anos de La Niña, quando o IOS é positivo, há tendência de aumento da precipitação sobre essas regiões. As correlações negativas sobre o Pacífico Central, as latitudes subtropicais da America do Norte, sudeste da America do Sul, incluindo partes das regiões sul e sudeste do Brasil, indicam que em anos de El Niño, quando o IOS é negativo, há tendência de aumento da

5 precipitação sobre essas regiões, enquanto que em anos de La Niña, quando o IOS é positivo, há tendência de redução da precipitação sobre essas regiões. A Figura 3b mostra o padrão de teleconexão previsto pelo modelo climático do CPTEC, ou seja, um mapa de correlação entre o IOS previsto (linha preta da Figura 2b) e a precipitação prevista pelo modelo climático do CPTEC em DJF no período de 1979 a A comparação entre as Figuras 3b e 3a mostra que o modelo reproduz razoavelmente bem o padrão de teleconexão atmosférica observado, embora diferenças regionais sejam notáveis, como por exemplo sobre parte da região nordeste do Brasil, sul da África e Indonésia, onde a aderência entre o padrão previsto e o padrão observado é pobre. 4 - CONCLUSÕES Com o objetivo de avaliar o desempenho do modelo de previsão climática do CPTEC, o presente estudo buscou reproduzir o padrão de teleconexão atmosférica associado à Oscilação Sul durante o verão (DJF) no período de 1979 a Com base nos resultados apresentados, conclui-se que o modelo apresenta satisfatória habilidade ao reproduzir as principais características climatológicas de PNMM, destacando-se as altas subtropicais do hemisfério norte e sul e o centro de baixa pressão sobre a Indonésia e da alta subtropical do Pacífico Sul associados à Oscilação Sul. Pode-se dizer ainda que é na região tropical que o modelo apresenta maior habilidade em prever os padrões de pressão. A análise feita sobre o IOS previsto em comparação com o IOS observado através do índice de correlação, indica forte associação entre as duas series, destacando-se a habilidade do modelo em prever a ocorrência do fenômeno EL Niño nos anos de 1982 e 1997 e do fenômeno La Niña nos anos de 1988 e Por fim, ao analisar o padrão de teleconexão atmosférica associado a Oscilação Sul para o trimestre DJF reproduzido pelo modelo comparando-o com o padrão observado, conclui-se que do ponto de vista global (de grande escala) os resultados foram satisfatórios, embora sejam notáveis as diferenças regionais existentes entre o padrão previsto e o observado em parte da região nordeste do Brasil, sul da África e Indonésia. AGRADECIMENTOS: CASC agradece o auxílio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), processos 2005/ e 2006/ , durante a realização desse estudo. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ÅNGSTRÖM, A. Teleconnections of climate changes in present time. Geography Annals, 17, , ADLER, R.F. ; E CO-AUTORES. The Version 2 Global Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Precipitation Analysis (1979-Present). J. Hydrometeor., 4, , CAVALCANTI, I. F. A.; E CO-AUTORES. Global climatological features in a simulation using the CPTEC-COLA AGCM. J. Climate, 15, , KALNAY, E.; E CO-AUTORES. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. Bulletin of the American Meteorological Society, MARENGO, J. A.; E CO-AUTORES. Assessment of regional seasonal rainfall predictability using the CPTEC/COLA atmospheric GCM. Climate Dyn., 21, , KUO, H. L. Further studies of the parameterization of the influence of cumulus convection on large-scale flow. J. Atmos. Sci., 31, , WALKER, G. T. Correlation in seasonal variations of weather. IX. A further study of world weather. Memoirs of the Indian Meteorological Department, 24(Part 9), , 1924.