VARIABILIDADE DA ESTAÇÃO CHUVOSA NO SUDESTE DA ÁFRICA E CONEXÕES COM A ESTAÇÃO DAS MONÇÕES NA AMÉRICA DO SUL

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1 VARIABILIDADE DA ESTAÇÃO CHUVOSA NO SUDESTE DA ÁFRICA E CONEXÕES COM A ESTAÇÃO DAS MONÇÕES NA AMÉRICA DO SUL Moisés Paulo Macambaco 1*; Alice Marlene Grimm2 Resumo - A estação chuvosa na América do Sul está associada com monções de verão e o mesmo ocorre na África. Sua principal fonte de variabilidade intrassazonal é a Oscilação de Madden-Julian (OMJ). Além disso, no sudeste da África, a estação chuvosa ocorre no verão austral. Os estudos que avaliam o impacto da OMJ sobre a África Austral através de anomalias de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE), mostram anomalias significativas convectivas relacionadas com OMJ principalmente entre 10 S e 20 S. Elas são mais fortes na parte sudeste da África Austral. Dados diários de precipitação ( ) de 7841 estações da África do Sul e Moçambique são utilizados para avaliar o impacto da OMJ no sudeste da África, entre 10 S e 35 S. As anomalias de precipitação são submetidas a um filtro de Lanczos, que retém oscilações intrassazonais com períodos na banda de dias. Anomalias de ROLE associadas à convecção, relacionada com as fases 1 e 8 da OMJ sobre o Oceano Índico tropical influenciam na precipitação sobre a parte sul do continente. De igual modo, importantes são as anomalias de circulação produzidas pela convecção associada com OMJ na América do Sul, que favorecem o fluxo de umidade do Oceano Atlântico para o sul da África (ou vice-versa). Além das anomalias do fluxo de umidade e sua divergência, aspectos da dinâmica das anomalias de circulação também estão associados com as anomalias de precipitação observadas no sudeste da África. Palavras-Chave Precipitação; Variabilidade intrassazonal; OMJ; Teleconexões. VARIABILITY OF THE RAINY SEASON IN SOUTHEAST AFRICA AND CONNECTIONS WITH THE MONSOON SEASON IN SOUTH AMERICA Abstract In South America the rainy season is associated with the summer monsoon and the same is true in Africa. Their main source of intraseasonal variability is the Madden Julian Oscillation (MJO). Also in southeast Africa the rainy season occurs in austral summer. Studies assessing the impact of the MJO on southern Africa through Outgoing Longwave Radiation (OLR) anomalies show significant MJO related convective anomalies, mainly between 10 S and 20 S. They are strongest in the southeast part of southern Africa. Daily rainfall data ( ) of 7841 stations in South Africa and Mozambique are used to evaluate the impact of MJO in southeastern Africa, between 10 S and 35 S. The precipitation anomalies are subjected to a Lanczos filter, which retains intraseasonal oscillations with periods in the range of days. OLR anomalies associated with convection related to phases 1 and 8 of the MJO over the tropical Indian Ocean influencing rainfall over the southern part of the continent. Also important are circulation anomalies produced 1 2 Afiliação: Uviversidade Federal do Paraná. macambaco@gmail.com* Afiliação: Universidade Federal do Paraná. grimm@fisica.ufpr.br 1 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

2 by the MJO related convection over South America, which favor moisture flux from the Atlantic Ocean to southern Africa (or vice-versa). Besides the moisture flux anomalies and its divergence, dynamic aspects of the circulation anomalies are also associated with the precipitation anomalies observed in southeast Africa. Keywords Precipitation; Intraseasonal variability; MJO; Teleconnections. INTRODUÇÃO A América do Sul tem estação chuvosa predominantemente associada com monções de verão. Na África Austral, mais especificamente em Moçambique, ocorre o mesmo. Em ambas as regiões as chuvas de monção são extremamente importantes para a agricultura e disponibilidade de recursos hídricos. Tendo em vista resultados recentes de Grimm e Reason (2011), reportando teleconexões em escala interanual entre precipitação de verão na América do Sul e na África do Sul, é relevante saber se há também conexões em escala intrassazonal em Moçambique, o que poderia fornecer elementos prognósticos para a variabilidade da precipitação naquele país. A variabilidade climática intrassazonal da precipitação é extremamente importante durante a estação de monção, pois determina fases secas e chuvosas da estação chuvosa, cujo conhecimento é importante para a estação de plantio e crescimento. Variabilidade intrassazonal é caracterizada por variações com periodicidades maiores que a de fenômenos sinóticos (uma ou duas semanas) e menores que uma estação (90 dias). A principal fonte de variabilidade intrassazonal na América do Sul é a Oscilação de Madden Julian (Madden e Julian, 1972). A OMJ é a componente dominante da variabilidade intrassazonal (30 90 dias) na atmosfera tropical. Ela consiste de padrões de convecção anômala em grande escala, com sinais coerentes em outras variáveis atmosféricas, todas propagando-se lentamente para leste (~5 m/s), através dos oceanos Índico e Pacífico onde a superfície do mar é relativamente quente. A OMJ influencia a variabilidade da precipitação sobre as ilhas do Pacífico, nas regiões de monções da Ásia e da Austrália, ao longo da costa oeste da América do Norte, na América do Sul e na África. Ele modula a gênese de ciclones tropicais no Oceano Pacífico e do Mar do Caribe e afeta os ventos de superfície equatorial do oceano Atlântico (Zhang, 2005). Pohl et al. (2007, 2008), mostram que há, no sul da África, significativa variabilidade associada à OMJ na radiação de onda longa emergente (ROLE), que é um indicativo de convecção e precipitação na região tropical, sendo Moçambique uma das regiões afetadas por esta variabilidade. Na região austral da África há significativa convecção anômala de verão associada a OMJ (~ 15% da variabilidade) e os anos de El Nino suprimem convecção em escala intrassazonal. Ainda em escala intrassazonal, existe um padrão de dipolo de convecção com centros de acção sobre a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e as planícies subtropicais da América do Sul que é modulada por modos de variabilidade de diferentes escalas de tempo. De acordo com Paegle et al. (2000), modos de oscilação com períodos de dias (modo 40) e dias (modo 22) influenciam a convecção do dipolo, com o modo mais rápido (modo 22) associado à convecção sobre as planícies subtropicais. O modo 40 está relacionado com a OMJ. O estudo de Grimm e Reason (2011), em escala interanual, indica que a convecção anômala sobre a América do Sul é capaz de produzir perturbações atmosféricas que se propagam através do Atlântico para o sul da África, lá originando precipitação anômala. 2

3 A hipótese do presente estudo é que, em escala intrassazonal, a convecção anômala sobre a América do Sul também gere perturbações atmosféricas similares às observadas em escala interanual, influenciando a variabilidade de precipitação no sudeste da África. Contudo, como os estudos são escassos para Moçambique, é necessário verificar se a variabilidade que atinge a África do Sul a partir da América do Sul também atinge Moçambique. Ou, em outras palavras, de que modo a variabilidade intrassazonal em Moçambique é influenciada pela OMJ e pela atividade convectiva na América do Sul. CLIMATOLOGIA E VARIABILIDADE DA PRECIPITAÇÃO EM MOÇAMBIQUE Boa parte do território moçambicano encontra-se na zona intertropical, o que lhe confere um clima do tipo tropical com quatro variações: tropical úmido, tropical seco, tropical semiárido e clima modificado pela altitude. O clima tropical úmido é o predominante e é caracterizado por duas estações, a fresca e seca que vai de abril a setembro e a quente e úmida entre outubro e março. A precipitação é mais intensa no período de dezembro a fevereiro e a média anual varia de valores menores que 400 mm, até valores de 2000 mm. Toda a linha de costa recebe cerca de mm de precipitação por ano. Na zona sul de Moçambique a precipitação é relativamente elevada no litoral, onde decresce rapidamente em direção às regiões do interior, aumentando depois nas encostas das montanhas dos Libombos, na fronteira com Suazilândia e África do Sul. As regiões do interior da província de Gaza e a região fronteiriça com a África do Sul e Zimbabwe são áridas. É na província de Gaza que se localiza Pafuri, um dos pontos mais secos, com precipitação média anual de cerca de 300 mm (MICOA, 2007). Dos diversos fenômenos que influenciam o tempo e o clima em Moçambique, destacam-se os seguintes: a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT); as células anticiclônicas da zona subtropical do Hemisfério Sul sobre os dois oceanos, designados por anticiclones do Atlântico Sul e do Índico; depressão de origem térmica que se forma sobre a África Austral na estação quente e chuvosa do Hemisfério Sul; a alta de origem térmica sobre o continente; as depressões da zona subpolar, na sua migração periódica anual no sentido do equador; frentes frias; os ciclones tropicais no canal de Moçambique. O fenômeno El Niño-Oscilação-Sul (ENOS) é um dos mais fortes fenômenos interanuais do clima. Apesar de ser localizado no Pacífico, o ENOS também influencia o clima global. El Niño (a fase positiva ou quente de ENOS) contribui para secas, enquanto que La Niña (a fase negativa ou fria de ENOS) produz excesso de precipitação, originando cheias em Moçambique (MICOA, 2007). No mapa climatológico a seguir (figura 1), em cada quadrícula estão representadas por barras as precipitações médias mensais durante o período de 1970 a XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

4 Figura 1 Climatologia da precipitação em Moçambique para o período de 1970 a Dados e Métodos No presente estudo, foram usadas séries de dados diários de precipitação de 7841 estações meteorológicas, sendo 176 de Moçambique e 7665 da África do Sul, obtidos no Instituto Nacional de Meteorologia (INAM) de Moçambique e na base de dados do Laboratório de Meteorologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR) para os dois países respetivamente, que compreendem o período de 1974 a A região de estudo está localizada entre as latitudes de 10 S e 35 S. Antes de serem utilizados, os dados diários passaram por uma série de verificações pelo grupo do laboratório de meteorologia da UFPR. Após serem submetidos às verificações, esses dados foram interpolados para quadrículas de 1,0 de latitude por 1,0 de longitude. Esta interpolação foi feita calculando-se a média aritmética dos dados das estações pertencentes à quadrícula para cada dia específico de cada mês, quando há estações suficientes com dados definidos. Esses valores foram alocados no centro da quadrícula. Assim, obteve-se um conjunto de dados distribuído de forma mais homogênea. O programa que faz as verificações e faz a relação entre as coordenadas de cada estação com os dados de chuva de cada estação, para obter a precipitação de cada quadrícula, foi escrito na linguagem Fortran 90. Foram calculadas as anomalias de precipitação considerando o valor climatológico de cada dia e, depois essas anomalias foram submetidas a um filtro de Lanczos, para reter apenas oscilações intrassazonais com períodos na banda de dias. Foi feita a composição de anomalias médias diárias de chuva para avaliar o impato da OMJ em cada uma das 8 fases definidas por Wheeler e Hendon (2004). A definição destas fases é descrita a seguir: 4

5 Análise multivariada de Funções Empíricas Ortogonais (FEO), de médias entre 15ºS e 15ºN da ROLE e vento zonal nos níveis de 850hPa e 200hPa (u850 e u200), após remoção do ciclo anual e variabilidade interanual e normalização pelo desvio padrão; As duas primeiras FEOs combinadas descrevem a estrutura propagante da OMJ; Os índices RMM e RMM2 (RMM = Realtime Multivariate MJO index) são determinados projetando-se ROLE, u850 e u200 sobre as 2 primeiras FEOs combinadas; As 8 fases da OMJ (e suas datas) são definidas de acordo com a combinação destes índices; Para avaliar o impacto da OMJ, composições de anomalias de precipitação, diferenças na frequência de eventos extremos e campos atmosféricos são feitas para cada fase e sua significância é avaliada. Os índices de RMM, além de mostrarem a propagação para leste pelo equador, são efetivos para capturar os impactos da OMJ em suas várias etapas no verão austral. A magnitude das anomalias compostas nos dão uma confiança maior na efetividade nesse índice da OMJ; essas anomalias são tão grandes ou maiores que as presentes em estudos anteriores. Dado o comportamento de defasagem dos índices RMM1 e RMM2, o estado ou fase da OMJ é diagnosticado como um ponto no espaço-fase bidimensional definido por RMM1 e RMM2. Faz-se isto a partir de um gráfico (figura 2) no qual pontos ligados por uma linha indicam dias sequenciais, formando geralmente círculos no sentido anti-horário, o que significa propagação para leste da OMJ. Além disso, círculos de grande amplitude significam ciclos fortes e círculos de pequena amplitude significam ciclos fracos da OMJ (Wheeler e Hendon, 2004). Figura 2 - Espaço de fase (RMM1, RMM2). Fonte: Wheeler e Hendon (2004) 5 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO A composição de anomalias foi feita para o verão, visto que a climatologia mostra que os maiores eventos de precipitação ocorrem nesta estação. Os resultados da composição de anomalias de precipitação são comparados com as anomalias de ROLE (figura 3.a) para cada uma das fases da OMJ. Figura 3 a) Radiação de Onda Longa Emergente para as 8 fases da OMJ no verão. Fonte: Climate Prediction Center. b) Composição de anomalias de precipitação para a fase 1 da OMJ no verão no período de c) Composição de anomalias de precipitação para a fase 8 da OMJ no verão no período de Na fase 1, que é o início do ciclo da OMJ (figura 3.b), observa-se que a anomalia de ROLE é predominantemente negativa sobre o continente africano e no Índico tropical oeste. Em Moçambique, as anomalias de precipitação são predominantemente positivas durante a fase 1, o que é coerente com as anomalias de ROLE. As anomalias de ROLE da fase 2, indicam uma migração da convecção em direção ao Oceano Índico leste e, com a intensificação da anomalia negativa na região tropical, esse padrão faz com que exista uma precipitação positiva ao norte de 20 S e anomalias de precipitação negativa predominantemente ao sul do 20 S. Na fase 3 as anomalias de ROLE indicam uma migração ainda mais para o Índico tropical leste mas ainda existem anomalias 6

7 negativas de ROLE sobre o leste da África e ainda persistem sinais de anomalias positivas de precipitação no norte de Moçambique e também na África do Sul. Com a propagação de ROLE para leste, na fase 4, o sinal da OMJ é mais fraco sobre a África do Sul e Moçambique, o que significa que a precipitação é influenciada pelos efeitos locais. Na fase 5, a propagação para leste continua, o que gera uma subsidência no continente e a anomalia positiva de OLR que nele se encontra, contribuíndo para fortes anomalias negativas de precipitação. Na fase 6 o sinal positivo de ROLE começa a enfraquecer, movendo-se para leste, ou seja, é uma fase de transição, pois a fase 7 entra com um sinal negativo de ROLE sobre a África, causando precipitação que domina mais a África do Sul do que Moçambique. As fases 8 e 1 são as que mostram uma forte anomalia negativa de ROLE, sendo mais intensa em 1. A fase 8 (figura 3.c) é o fim do ciclo da OMJ, com anomalias positivas de precipitação mais fortes sobre a África do Sul, evoluindo mais para o norte (da área de estudo) em direção à Moçambique, onde predominam na fase 1. Analisando o fluxo de umidade (não mostrado) para as fases com maiores anomalias (fases 1 e 8) e comparando com a pressão ao nível do mar (figura 4) observa-se na fase 1 anomalias de fluxo de umidade e sua divergência. As anomalias de circulação associadas à convecção anômala relacionada com a OMJ sobre o Oceano Índico tropical Marítimo/Continental causam fluxos anômalos de umidade, do Oceano Índico para a África (ou vice-versa), influenciando na precipitação sobre a parte sul do continente. Devido ao padrão de circulação da fase 8, há fluxo de umidade para Moçambique durante a OMJ sobre o Oceano Índico. Igualmente importantes são as anomalias de circulação produzidas pela convecção associadacom OMJ na América do Sul, que favorecem fluxo de umidade do Oceano Atlântico ao sul da África (ou vice-versa). Além das anomalias do fluxo de umidade e sua divergência, aspectos da dinâmica das anomalias de circulação também estão associados com as anomalias de precipitação observadas no sudeste da África. Na fase 1 a situação é quase semelhante mas com o sinal positivo do fluxo mais afastado para leste. Figura 4 Pressão ao nível do mar para as 8 fases da OMJ no verão. Fonte: Climate Prediction Center. 7 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos

8 CONCLUSÃO Neste trabalho, procurou-se fazer uma análise dos impatos da OMJ mediante a composição de anomalias de precipitação e fluxo de umidade. Observou-se que no início e no final do ciclo da OMJ há sinais de anomalias positivas de precipitação mais fortes. Na fase 1 da OMJ a anomalia negativa de ROLE é mais forte sobre o continente africano e o Índico tropical oeste. Em Moçambique, as anomalias de precipitação são positivas durante esta fase. A fase 6 é a fase de transição, onde o sinal positivo de ROLE começa a enfraquecer movendo-se para leste. A fase 8 apresenta sinais positivos de precipitação mais fortes na África do Sul, que evoluem mais para o norte da área de estudo, em direção a Moçambique. Há fluxo de umidade para Moçambique durante a OMJ sobre o Oceano Índico e anomalias de circulação produzidas pela convecção relacionadas com OMJ na América do Sul, que favorecem fluxo de umidade do Oceano Atlântico ao sul da África e vice-versa. Além das anomalias do fluxo de umidade e sua divergência, aspectos da dinâmica das anomalias de circulação também estão associados com as anomalias de precipitação observadas no sudeste da África. REFERÊNCIAS GRIMM, A. M. e REASON, C. J. (2011). Does the South American monsoon influence African rainfall? Journal of Climate, 24, Doi: /2010JCLI MADDEN, R. A. e JULIAN, P. R. (1972). Description of global-scale circulation cells in the Tropics with day period. Journal of the Atmospheric Sciences, 29, MINISTÉRIO PARA COORDENAÇÃO DA ACÇÃO AMBIENTAL (2007). Programa de Acção Nacional para Adaptação às Mudanças Climáticas, MICOA, Maputo, Moçambique.Disponivel em em 23/02/2015. PAEGLE, J. N.; BYERLE, L. A; MO, K. C. (2000). Intraseasonal Modulation of South American Summer Precipitation. Monthly Weather Review, 3, Doi / POHL, B.; RICHARDE, Y.; FACHEREAU, N. (2007). Influence of the Madden Julian Oscillation on southern Africa summer rainfall. Journal of Climate, 20, Pohl, B.; FACHEREAU, N.; RICHARDE, Y.; ROUAULT, M.; REASON, C. (2008). Interactions between synoptic, intraseasonal and interannual convective variability over southern Africa. Clim. Dyn., Doi /s WHEELER, M. C.; e HENDON, H. H. (2004). An All-Season Real-Time Multivariate MJO Index: Development of an Index for Monitoring and Prediction. Monthly Weather Review, 132, ZHANG, C. (2005): Madden-Julian Doi: /2004RG Oscillation, Rev. Geophys., 43, RG2003,