CORRELAÇÃO ENTRE O AQUECIMENTO POR LIBERAÇÃO DE CALOR LATENTE E A RADIAÇÃO DE ONDA LONGA EMERGENTE NO TOPO DA ATMOSFERA PARA A REGIÃO TROPICAL

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1 CORRELAÇÃO ENTRE O AQUECIMENTO POR LIBERAÇÃO DE CALOR LATENTE E A RADIAÇÃO DE ONDA LONGA EMERGENTE NO TOPO DA ATMOSFERA PARA A REGIÃO TROPICAL Marelo Belassiano e Adilson W. Gandu Instituto Astronômio e Geofísio Universidade de São Paulo Abstrat The diabati heating at the 400 hpa level is alulated as a residual from the thermodynami equation in isobari oordinates, given that the loal variation and the horizontal advetion of temerature an be negleted in the trois. The stati stability arameter at 400 hpa is alulated using the finite-differene method, from otential temerature data at 300 hpa and 500 hpa. Then it is assumed that the radiation heating and the sensible heat fluxes are negletable omared to the latent heat, so that the diabati heating an be assumed to be solely the latter. Then a omarison between diabati heating in the mid-trooshere and the OLR is made. It was found that the orrelation between these two is fairly good, and inreases its absolute value when in the troial region. The stati stability arameter lays a minor role in determining the diabati heating, being the vertial motion the most imortant. 1. Introdução Calor diabátio é a rinial forçante da irulação atmosféria global. Contudo, a nossa omreensão de aqueimento diabátio é bastante limitada uma vez que este não ode ser medido diretamente na atmosfera e tem que ser estimado a artir de outras variáveis. Conforme mostrado or Chen & Baker (1986), há duas formas de se avaliar o aqueimento diabátio: físia e dinâmia. A rimeira forma seria alular diretamente o aqueimento diabátio usando modelagem numéria e arametrizações dos vários roessos físios envolvidos, tais omo fluxos de radiação, liberação de alor latente devido à ondensação e troa de alor sensível entre a atmosfera e a suerfíie. A segunda forma é obter o alor diabátio omo termo residual da equação da termodinâmia no sistema isobário. Como mostrado or Pedigo & Vinent (1990), o movimento vertial (ω) na média troosfera é um bom indiador de onveção intensa nos tróios e ortanto de liberação de alor latente nestes níveis. Por outro lado, Janowiak & Arkin (1991) mostraram que a quantidade de huva na região troial ode ser estimada ela temeratura de brilho do too das nuvens medida or satélite, que é função direta da radiação de onda longa emergente (ROLE). Como sabemos, reiitação imlia em aqueimento da troosfera or liberação de alor latente. O objetivo deste trabalho é enontrar uma relação linear entre o aqueimento diabátio da média troosfera e a ROLE na região troial. Futuramente, esta relação será utilizada ara o álulo da forçante de um modelo de equações rimitivas ara o estudo da irulação global troial. 2. Metodologia Como notado anteriormente, o alor latente não ode ser medido diretamente na atmosfera. Por isso, utilizamos um método aroximado ara a obtenção desse arâmetro ara a região troial. A equação da energia termodinâmia em oordenadas isobárias é dada or:

2 T t + V H T S ω = J (1) onde: T é a temeratura, V H é a omonente horizontal do vento, S é o arâmetro de estabilidade estátia, é o alor eseífio do ar à ressão onstante e J é a taxa de aqueimento diabátio (or unidade de massa). Na região troial, a variação loal da temeratura e a adveção horizontal de temeratura são muito equenas omaradas ao termo do movimento vertial, omo mostrado or Chen & Baker (1986). Assim, a exressão (1) ode ser reesrita omo: S ω J onde o arâmetro de estabilidade estátia S é dado or: T θ S = (3) θ Usando a Equação de Poisson e o método da difereniação finita, odemos aroximar S or: R / θ S, onde 0 =1000hPa (4) 0 Para alularmos S em 400 hpa, teremos a exressão: R / 400 θ500 θ300 0,286 θ 300 θ500 S ( 400hPa) = = (0,4 ) (5) ( ) que imlia no fato do valor de S em 400 hpa ser função somente das temeraturas oteniais em 300 e em 500 hpa. Fia ortanto laro que odemos alular o termo J/ em 400 hpa, que reresenta o aqueimento diabátio, dados o movimento vertial em 400 hpa e as temeraturas oteniais nos níveis de 300 e de 500 hpa. Conforme mostrado or Krishnamurti & Zhang (1996), Chen & Baker (1986) e or Janowiak & Arkin (1991), na região troial o termo do aqueimento diabátio é quase que totalmente devido à liberação de alor latente, sendo os fluxos de alor sensível e de radiação muito equenos quando omarados ao rimeiro. Portanto, o aqueimento diabátio na região troial ode ser aroximado elo rório valor do aqueimento diabátio alulado omo termo residual na equação da termodinâmia total em oordenadas isobárias. Logo, uma orrelação entre J/ e ROLE é bastante efiiente na região troial, uma vez que os maiores valores de ROLE reresentarão toos de nuvens baixas ou ausênia de nebulosidade, e ortanto o termo de liberação de alor latente é equeno. Por outro lado, valores equenos de ROLE imliam em toos de nuvens altas e ortanto grande liberação de alor latente nos níveis mais elevados. Fia laro ortanto que eseramos uma orrelação negativa entre os valores de J/ e de ROLE. Para ajustar a reta de orrelação entre J/ e a ROLE, utilizamos o método dos mínimos quadrados, alulando também a função estatístia da orrelação entre os ontos. (2) 3. Dados

3 Os dados de movimento vertial em 400 hpa, temeratura otenial em 300 e em 500 hpa e ROLE foram obtidos diretamente no NOAA via internet. Os dados utilizados foram uma média do mês de setembro de 1997 ara todo o globo, om uma grade de 2,5 graus na horizontal nas duas direções. 4. Resultados e Disussões A figura 1 mostra o amo médio de movimento vertial em 400 hpa ara o mês de setembro de 1997 em toda a faixa troial do laneta. Pode-se ver laramente áreas de subsidênia intensa nas ostas leste australiana e oeste afriana, assim omo na região do sudeste do Oeano Paífio. Áreas de movimento asendente intenso são observadas no sudeste asiátio, no noroeste do Paífio, no leste da Áfria e na osta oeste da Améria Central. Fia laro ortanto que as regiões de onveção mais intensa na faixa troial estão no hemisfério norte (final do verão). A osta leste da Austrália aresenta um máximo de omega, o que é um sinal laro e direto da resença do fenômeno El Niño. Outro sinal deste fenômeno é a faixa de movimento asendente mais intenso na região do sul do Brasil e norte da Argentina. Conveção de menor intensidade mas também onsiderável ode ser observada sobre toda a região do Paífio equatorial. Na figura 2 é mostrado o amo médio do arâmetro de estabilidade estátia em 400 hpa ara o mês de setembro de 1997, omutado a artir dos amos de temeratura otenial em 300 hpa e em 500 hpa. Regiões bastante estáveis são observadas no Paífio sudeste, oinidindo om o máximo de omega. Sobre o ontinente asiátio também observa-se estabilidade aentuada, enquanto no sul afriano temos uma região onde a estabilidade é mínima. Nas demais regiões o arâmetro de estabilidade estátia não aresenta variações signifiativas. O amo de aqueimento diabátio médio em 400 hpa alulado a artir dos amos de omega (figura 1) e do arâmetro de estabilidade estátia (figura 2) ara o mês de setembro de 1997 é mostrado na figura 3. Como o arâmetro de estabilidade estátia não aresenta variações tão intensas quanto o amo de omega, o amo de aqueimento diabátio segue o adrão do amo de movimento vertial. Pode-se então observar máximos de aqueimento diabátio exatamente onde temos máximos de movimento asendente (oeste da Améria Central, sudeste asiátio, noroeste do Paífio, sul do Brasil/norte da Argentina, e leste asiátio). Valores negativos de aqueimento diabátio, i.e., resfriamento, foram observados nas mesmas regiões em que houve subsidênia intensa. Figura 1 - Camo médio de movimento vertial em 400 hpa ara o mês de setembro de 1997 na faixa de 30 o S à 30 o N. Na figura 4, é mostrado o amo de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE) médio ara o mês de setembro de Podemos observar que as áreas de menor ROLE estão relativamente bem orrelaionados om as áreas de maior onveção. O mesmo não aontee na região leste da Austrália. Isto exlia-se devido ao fato da maior distânia da linha do Equador desta região (aroximadamente

4 25 o S), onde o fluxo de alor latente não é tão intenso a onto de tornar desrezíveis os demais roessos de aqueimento diabátio. Figura 2 - Camo médio do arâmetro de estabilidade estátia em 400 hpa ara o mês de setembro de 1997, omutado a artir dos amos de temeratura otenial em 300 hpa e em 500 hpa. Figura 3 - Camo de aqueimento diabátio médio em 400 hpa alulado a artir dos amos de omega e do arâmetro de estabilidade estátia ara o mês de setembro de Figura 4 - Camo de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE) médio ara o mês de setembro de As figuras 5a e 5b mostram as relações de disersão entre o termo de aqueimento diabátio e a radiação de onda longa emergente e a reta ajustada elo método dos mínimos quadrados (MMQ) utilizando os dados de 30 o S à 30 o N e de 20 o S à 20 o N, resetivamente. Fia laro que no aso onde é onsiderada à menor faixa latitudinal a orrelação é melhor (tabela 1). Isto reforça ainda mais a idéia

5 de que a aroximação em que o termo de aqueimento diabátio é suosto ser somente o fluxo de alor latente é válida somente na faixa troial. Tabela 1 Equações das retas ajustadas elo MMQ e os oefiientes de orrelação obtidos. 30 o S 30 o N 20 o S 20 o N Equação da reta ajustada J = 13, ,05598( OLR ) J = 15, ,06043( OLR) Coefiiente de orrelação -0, ,76435 (a) (b) Figura 5 Relação de disersão entre o termo de aqueimento diabátio (eixo vertial) e a Radiação de Onda Longa Emergente no too da atmosfera (eixo horizontal) ara os dados entre (a) 30 o S e 30 o N e (b) 20 o S e 20 o N 5. Conlusão Existe uma orrelação evidente entre o termo de aqueimento diabátio e a radiação de onda longa emergente no too da atmosfera, rinialmente na região troial. Sobre latitudes mais altas, não se torna tão evidente tal orrelação, rovavelmente devido ao efeito do gradiente loal de temeratura e da adveção de temeratura, normalmente mais bem ronuniados do que sobre os tróios. Fora isso, os termos de radiação e de fluxo de alor sensível não são tão equenos a onto de oderem ser desrezados. O arâmetro de estabilidade estátia não é muito imortante no que se refere ao álulo do termo de aqueimento diabátio omo termo residual da equação da energia termodinâmia. Fia laro que as suas variações são muito equenas omaradas as variações de omega, e ortanto esse segundo domina o adrão do amo de J/. Agradeimentos: O rimeiro autor agradee à FAPESP ela bolsa de mestrado (roesso 97/ ) e ela viabilização do equiamento utilizado na esquisa. 6. Bibliografia Chen, T. e Baker, W. E., 1986: Global diabati heating during FGGE SOP-1 and SOP-2. Mon. Wea. Rev., 114,

6 Janowiak, J. E. e Arkin, P. A., 1991: Rainfall variations in the trois during , as estimated from observations of loud-to temerature. J. Geohys. Res., 96, sulement, Pedigo, C. B. e Vinent, D. G., 1990: Troial reiitation rates during SOP-1, FGGE, estimated from heat and moisture budgets. Mon. Wea. Rev., 118, Zhang, Z. e Kishnamurti, T. N., 1996: A generalization of Gill s heat-indued troial irulation. J. Atmos. Si., 53, no. 7,