Análise das tendências do vento e da temperatura do ar em região da Antártica

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1 Análise das tendências do vento e da temeratura do ar em região da Antártica Fábio Guimarães Oliva (faoliva@hotmail.com), Igor Balteiro P. de Camos (igor@lma.ufrj.br) e Maria Gertrudes A. Justi da Silva (justi.meteoro@gmail.com) Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ - Instituto de Geociências - Deartamento de Meteorologia - Rio de Janeiro - RJ, Brasil. RESUMO: Este trabalho faz uma análise das tendências climáticas utilizando dados das reanálises do NCEP/NCAR de intensidade do vento ao longo dos meridianos de 50 W, 60 W e 70 W, no eríodo de , entre o Pólo Sul e a latitude de 50 S. Adicionalmente, foram usados os dados de uma das estações meteorológicas da Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF/Brasil) ara avaliar tendências do vento e da temeratura do ar observados nos últimos anos. Os resultados mostraram que, na maior arte dos ontos localizados sobre o continente Antártico, o teste revelou tendências de aumento da intensidade do vento neste eríodo de trinta anos, orém não detectou tendência significativa nos dados observados de temeratura. ABSTRACT: This aer analyzes climate trends using data from NCEP/NCAR reanalysis of wind intensity along the meridians 50 W, 60 W and 70 W, during the eriod, between the South Pole and 50 S latitude. It was also used meteorological data of Comandante Ferraz Station (EACF/Brazil) to evaluate trends of wind and air temerature in recent years. The trend test revealed an increase of wind intensity in most of the oints located on the Antarctic continent, but the temerature data did not show significant trends. Key-Words: wind, air temerature, trend, Antarctic. 1. INTRODUÇÃO Embora haja um interesse crescente no estudo de séries históricas de dados meteorológicos ara a região Antártica, oucos trabalhos foram realizados com o objetivo de avaliar as tendências da intensidade do vento. Entretanto, alguns estudos têm demonstrado que variações na intensidade e direção do vento na região Antártica odem influenciar a freqüência e inclusive a enetração de massas de ar frio sobre regiões da América do Sul. Estudo realizado or Aquino et al. (2006) mostra que mudanças e tendências nas séries temorais de temeratura do ar na região Sul do Brasil ode ser decorrente de variações na advecção de massas de ar frio rovenientes da região Antártica. O continente Antártico abriga 90% do gelo do Planeta em uma área de aroximadamente 14 milhões de km², o que corresonde a 10% de toda área continental da Terra. Este imenso manto de gelo ossui função destacada no sistema climático da Terra devido às suas dimensões continentais, seu elevado albedo e também através do balanço de energia. A região continental da Antártica ossui uma variabilidade climática anual e interanual maior do que as regiões de médias e baixas latitudes. Esta variabilidade é resultado, rincialmente, do balanço de radiação, com contrastes sazonais elevados, além das comlexas interações entre a atmosfera, o oceano e a criosfera (Aquino et al., 2006). O resente trabalho realiza uma análise de séries temorais ara as variáveis de intensidade do vento e temeratura do ar, buscando detectar tendências ositivas, negativas ou nulas destes arâmetros meteorológicos e, se ossível, estabelecer suas causas e/ou conseqüências.

2 2. METODOLOGIA As séries de médias mensais de intensidade do vento analisadas foram obtidas através do rojeto de reanálises do NCEP (National Centers for Environmental Prediction)/NCAR (National Center for Atmosheric Research) (Kalnay et al., 1996). Foram tomadas séries temorais nos ontos de grade ao longo de cada um dos meridianos de 50 W, 60 W e 70 W desde o Pólo Sul até a latitude de 50 S, totalizando 60 séries com 30 anos de dados mensais cada. Foram utilizadas também as séries de intensidade do vento formadas or dados mensais de 24 anos ( ) da Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF/Brasil, 62 05'S, 58 23,5'W), Ilha Rei George, Arquiélago Ilhas Shetland do Sul. Neste caso, a série total e quatro sub-séries que indicam, cada uma, meses reresentativos de cada estação do ano (janeiro, abril, julho e outubro) foram analisadas searadamente. Os valores de intensidade do vento em cada caso foram submetidos ao teste estatístico de Mann-Kendall (Sneyers, 1975). Este teste considera que, na hiótese de estabilidade de uma série temoral (sem tendência no decorrer do temo), a sucessão de valores ocorre de forma indeendente e a distribuição de robabilidade deve ermanecer semre a mesma (série aleatória simles). Estudos afirmam que o teste de Mann-Kendall é o método mais aroriado ara analisar mudanças climáticas em séries climatológicas e ermite também a detecção e localização aroximada do onto inicial de determinada tendência (Goossens & Berger, 1986; Winke et al., 2008). Um dos benefícios deste teste é que os dados não recisam ertencer a uma distribuição articular e, segundo Önöz & Bayazit (2003), seu resultado é menos afetado or valores fora de série ou outliers, uma vez que seu cálculo é baseado no sinal das diferenças e não diretamente nos valores da variável analisada. A estatística de teste usada foi Z que é definida ela equação (2.1), S u Z 1 VAR(S) 2 onde, u = -1 se S > 0; u = 0 se S = 0 e u = +1 se S < 0 n 1 n (2.1) sendo, S sign( x j x k ) (2.2) k 1 jk 1 1 se x x k 0 j onde, sign( x x k ) j = 0 se x j x k 0-1 se x x k 0 j g 1 e VAR( S) n( n 1)(2n 5) t ( t 1)(2t 5) (2.3) 18 1 sendo, x j e x k valores da série analisada, g o número de ocorrência de gruos de valores t iguais nas séries de dados. Um valor ositivo de Z significa uma tendência crescente e um valor negativo de Z indica uma tendência decrescente. Sob a hiótese nula, de que não há tendência na série de dados, Z tem uma distribuição Normal (0,1). Se a robabilidade () do teste de Mann-Kendall, corresondente ao valor de Z na distribuição, for menor que o nível de significância α, uma tendência estatisticamente significante existe, enquanto que um valor de maior que α não confirma que há tendência na série de dados. Para amostras onde não há tendência, o valor de Z é róximo de zero e o valor de é róximo de α (Yue & Hashino, 2003). Um método não-aramétrico roosto conjuntamente or Theil (1950) e Sen (1968) foi usado ara estimar a magnitude de tendência. Este método assume que a tendência é

3 linear, e que ela é a mediana de todas as inclinações encontradas entre todos os ares ossíveis de ontos da série de dados. O estimador desta inclinação é dado ela equação (2.4), que é uma estatística robusta e resistente como estimativa da tendência linear da série de dados (Deo et al., 2007; Yue & Hashino, 2003). x j xk b mediana j i (2.4) j i, A estatística de teste de Mann-Kendall e a Curvatura de Sen foram calculadas ara as séries oriundas das reanálises e as séries observadas de intensidade do vento e temeratura do ar na EACF. 3. RESULTADOS Na Tabela 1 encontram-se os valores calculados ara Z e b (Curvatura de Sen). Os valores em vermelho mostram os locais onde o teste aramétrico resultou na determinação da existência de tendências estatisticamente significantes de aumento na intensidade do vento nos ontos analisados. Pode-se constatar que aenas tendências de aumento na intensidade do vento aresentaram resultados significativos. Tabela 1 - Localização, valores da estatística de teste (Z) e da Curvatura de Sen ara os dados de intensidade do vento nos ontos de grade das reanálises do NCEP/NCAR. 50 W 60 W 70 W P ontos Latitudes Z Sen Z Sen Z Sen P1-86,6531 2,70 0,01 0,0025 2,24 0,02 0,0020 1,64 0,10 0,0015 P2-84,7532 4,28 0,00 0,0036 3,96 0,00 0,0029 2,28 0,02 0,0017 P3-82,8508 3,59 0,00 0,0027 3,68 0,00 0,0024 1,39 0,16 0,0011 P4-80,9473 4,79 0,00 0,0027 4,51 0,00 0,0026 3,40 0,00 0,0022 P5-79,0435 4,86 0,00 0,0019 6,66 0,00 0,0025 5,81 0,00 0,0025 P6-77,1394 3,98 0,00 0,0022 4,33 0,00 0,0023 2,70 0,01 0,0015 P7-75,2351 2,19 0,03 0,0013 2,78 0,01 0,0030 2,49 0,01 0,0014 P8-73,3307 1,69 0,09 0,0003 2,81 0,01 0,0033-0,94 0,35 0,0000 P9-71,4262 1,23 0,22 0,0003 2,30 0,02 0,0024-1,36 0,17-0,0010 P10-69,5217 0,34 0,74 0,0003 1,11 0,27 0,0010-0,12 0,91 0,0000 P11-67,6171 1,86 0,06 0,0003 1,61 0,11 0,0010 0,44 0,66 0,0000 P12-65,7125 3,39 0,00 0,0021 0,84 0,40 0,0000 0,59 0,56 0,0000 P13-63,8079 2,87 0,00 0,0023 0,78 0,44 0,0000 0,07 0,94 0,0000 P14-61,9033 1,70 0,09 0,0015-0,64 0,52 0,0000-0,89 0,37 0,0000 P15-59,9986 0,72 0,47 0,0000-1,77 0,08-0,0017-1,79 0,07-0,0018 P16-58,0939 0,52 0,60 0,0000-1,46 0,15-0,0015-1,49 0,14-0,0017 P17-56,1893 1,24 0,22 0,0012 0,69 0,49 0,0000-0,12 0,90 0,0000 P18-54,2846 2,03 0,04 0,0018 4,14 0,00 0,0039 2,70 0,01 0,0021 P19-52,3799 2,04 0,04 0,0017 5,98 0,00 0,0053 5,70 0,00 0,0042 P20-50,4752 1,66 0,10 0,0012 5,11 0,00 0,0041 6,00 0,00 0,0041 Para uma visão geográfica, foi construída a Figura 1, onde os ontos em vermelho são os de tendência significativa da intensidade do vento ao nível α de 0,05. As análises efetuadas sobre os dados da estação meteorológica não mostraram tendências significativas quando se analisou a série comleta. Searando o conjunto de dados ara os meses de janeiro, abril, julho e outubro, reresentando as quatro estações do ano, uma tendência ositiva foi encontrada ara o mês de outubro, corresondendo à rimavera no Hemisfério Sul (Tabela 2).

4 No caso da variável temeratura do ar, as séries de observações da estação EACF foram analisadas e os resultados são aresentados na Tabela 3. Os dados analisados não aresentam indícios significativos (nível de 0,05) de existência de tendências nos últimos anos, tanto ara as séries de temeraturas médias mensais como ara as séries de temeraturas médias anuais, sendo comatível com os resultados de Romão & Setzer (2008) recentemente divulgados na homeage do Instituto Nacional de Pesquisas Esaciais (INPE) em forma de notícia (htt://antartica.ctec.ine.br/~rantar/pdf/queda_tem_ferraz.df). Estes autores mostram uma diminuição das temeraturas médias anuais nos últimos 14 anos, orém confirmam a estabilidade quando se analisa um eríodo de 29 anos. Figura 1 - Localização dos ontos analisados que aresentaram tendências ositivas ara a intensidade do vento no eríodo de trinta anos. Tabela 2 - Análise das tendências ara a intensidade do vento na EACF. Éoca Z Sen SÉRIE TODA 1,73 0,08 0,00 JANEIRO -1,35 0,18-0,04 ABRIL 0,48 0,63 0,02 JULHO 0,06 0,96 0,00 OUTUBRO 2,29 0,02 0,10 Tabela 3 - Análise das tendências ara a temeratura do ar na EACF. Z Sen Tmed 0,513 0,608 0,0013 Tmin 1,063 0,288 0,0029 Tmax 0,089 0,929 0,0000 Tmed_Anual 1,798 0,072 0,0625 Tmin_Anual 1,931 0,053 0,0889 Tmax_Anual 1,299 0,194 0, DISCUSSÃO E CONCLUSÕES As séries temorais de longo razo ara os dados observados de intensidade do vento na região de estudo foram testadas quanto à sua significância estatística, obtendo, em alguns ontos, resultado estatisticamente significante com ligeiro acréscimo em sua intensidade. O mesmo foi feito ara a variável temeratura do ar, orém os dados observados não aresentaram tendência estatisticamente significante.

5 O adrão de circulação no continente Antártico e nos oceanos circundantes influenciam os adrões de circulação nas médias e baixas latitudes, alterando a freqüência e intensidade da enetração de massas de ar frio sobre a América do Sul e a de ciclones extratroicais no Oceano Atlântico Sul. Como conseqüência, uma variabilidade destes eventos meteorológicos ode determinar mudanças rincialmente nos adrões de reciitação e temeratura com ocorrência de valores extremos sobre áreas das regiões Sul e Sudeste do Brasil (Vasconcellos & Cavalcanti, 2010). A tendência de aumento da intensidade do vento observada na área de estudo motiva a extensão da análise ara uma área mais abrangente, que ossa incluir elo menos todo o continente Antártico. Por outro lado, embora os resultados aqui encontrados mostrem a estabilidade da temeratura nos últimos 30 anos, resultados que concordam com os de Romão & Setzer (2008) ara um eríodo de 29 anos, deve-se atentar ara o fato de que os mesmos autores detectaram uma tendência de aumento da temeratura do ar na EACF da ordem de + 0,23 C or década quando um eríodo de 65 anos foi analisado. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AQUINO, F. E.; SETZER, A.; SIMÕES, J. C Conexões Climáticas entre o Rio Grande do Sul e o Mar de Weddell. In: Congresso Brasileiro de Meteorologia, 14, A Meteorologia a Serviço da Sociedade. Florianóolis: Sociedade Brasileira de Meteorologia, DEO et al., 2007: On Australian heat waves: Time series analysis of extreme temerature events in Australia: In MODSIM 2007 International Congress on Modelling and Simulation. Modelling and Simulation Society of Australia and New Zealand, December 2007, GOOSSENS, C.; BERGER, A Annual and seasonal climatic variations over the northern hemishere and Euroe during the last century. Annales Geohysicae, Berlin, v.4, n.b4, KALNAY, E.; M. KANAMITSU, R. KISTLER et al., The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project. Bulletin American Meteorological Society, 77, ÖNÖZ, B.; BAYAZIT, M. C The ower of statistical test for trend detection. Turkish J. Eng. Env. Sci., 27, ROMÃO, M.; SETZER, A. 2008: Ferraz aresenta tendência de queda de temeratura. In: htt://antartica.ctec.ine.br/~rantar/pdf/queda_tem_ferraz.df. SNEYERS, R Sur l analyse statistique des series d observations. Gênevè: Organisation Méteorologique Mondial (OMN, Note technique, 143). THEIL, H A rank-inavariant method of Linear and olynomial regression analysis, I, II, III, Nederl Akad Wetensch Proc 53: , , , VASCONCELLOS, F. C.; CAVALCANTI, I. F. A Extreme reciitation over Southeastern Brazil in the austral summer and relations with the Southern Hemishere annular mode. Atmosheric Science Letters, 11: YUE, S.; HASHINO, M Temerature trends in Jaan: Theoretical and Alied Climatology, 75, WINKE, L. O.; DAMÉ, R. C. F.; TEIXEIRA, C. F. A.; MACHADO, A. A.; ROSSKOFF, J. L. C Caracterização climática e estudo de tendências nas séries temorais de temeratura e reciitação em Pelotas/RS. In: XVII Congresso de Iniciação Científica e X ENPOS: conhecimento sem fronteiras, 2008, Pelotas.