O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos Prof. TÉRCIO AMBRIZZI, Ph.D. Professor Titular ambrizzi@model.iag.usp.br Departamento de Ciências Atmosféricas Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo
PROCESSOS FÍSICOS Processos climáticos Transferência de calor e massa na atmosfera O papel dos oceanos
q PROCESSOS FÍSICOS Processos climáticos Elementos do Sol A radiação solar interceptada pela Terra Atributos do sistema Terra-Atmosfera Efeitos da atmosfera e da superfície da Terra Balanço global da radiação Médias espaço-temporal do balanço de radiação Transferência de calor e massa na atmosfera (Aula 2,3 e 4) Transferências de energia Força de Coriolis, jatos e ondas de Rossby Circulação geral da atmosfera Padrões secundários da circulação atmosférica Padrões regionais de circulação atmosférica Massas de ar, frentes e ciclones extratopicais A previsão de tempo Clima da Terra em geral O papel dos oceanos Processos climáticos do oceano As oscilações El Niño La Niña
O CLIMA GERAL DA TERRA
Definições Mudanças rápidas no estado da atmosfera constituem o que chamamos de TEMPO Características médias no estado da atmosfera constituem o que chamamos de CLIMA CLIMA o que se espera TEMPO o que se tem
INTRODUÇÃO O clima afeta diversos aspectos da vida: tipo de moradia e vestuário paisagem agricultura sensações pessoais e cultura O Clima representa, para uma dada região: as condições médias do estado da atmosfera, durante um longo período de tempo (normalmente 30 anos) extremos sazonais de temperatura e precipitação freqüência e duração de extremos O tamanho dessa região pode ser: local (e próxima ao solo) microclima pequena região (um hectare a alguns km 2 ), ex.: floresta, vale, praia e cidade mesoclima grande área (um estado, uma região, um pais) macroclima toda a Terra clima global
O CLIMA GLOBAL Fatores (ou controles) climáticos : Distribuição de continentes e oceanos Cadeias montanhosas (altitude) Correntes oceânicas e temperatura da superfície do mar (TSM) Intensidade da radiação solar e sua variação com a latitude Tipo de superfície (ecossistemas) Sistemas predominantes de ventos e pressão
DISTRIBUIÇÃO DE CONTINENTES, OCEANOS E TOPOGRAFIA IMPLICAÇÕES : Capacidade térmica da água > Capacidade térmica do solo Variações de temperatura na água MENORES que no solo maior altitude menor temperatura
EFEITO COMBINADO DE MONTANHAS E ESCOAMENTO BARLAVENTO SOTAVENTO Vento quente e seco Europa Föhn Argentina Zonda EUA/Canadá Chinook África do Sul Bergwind
CORRENTES OCEÂNICAS
TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR ANUAL Jan Jun
RADIAÇÃO (SOLAR e INFRAVERMELHA) R α T 4 λ max α T -1
BALANÇO GLOBAL DE ENERGIA
BALANÇO GLOBAL DE ENERGIA na superfície
INTERAÇÃO SOLO-VEGETAÇÃO-ATMOSFERA
UMIDADE DO SOLO
DISTRIBUIÇÃO GLOBAL DA VEGETAÇÃO
CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA
TEMPERATURA e PRECIPITAÇÃO GLOBAL
Temperaturas médias globais
Temperaturas médias globais Janeiro Julho
Temperaturas médias globais Janeiro Julho
Temperaturas médias globais Regiões mais frias sob grandes cadeias montanhosas : efeito da altitude Isotermas orientadas na direção leste-oeste: localidades na mesma latitude recebem aproximadamente a mesma quantidade de radiação solar. Temperatura decresce na direção dos pólos: A quantidade anual de radiação solar que cada região recebe diminui em direção aos pólos A inclinação das isotermas próximas às margens costeiras dos continentes: Correntes oceânicas Sobre os continentes, as temperaturas variam mais entre o verão e o inverno do que sobre os oceanos: capacidade térmica maior da água (tipo de superfície) As maiores temperaturas não ocorrem nos trópico, e sim nos subtrópicos (~30 graus) : Ramo descendente da Célula de Hadley, sobre o hemisfério de verão As regiões mais frias do planeta são os pólos (principalmente a Antártica, pela altitude): alto albedo do gelo e neve, e alguns meses do ano sem nenhuma radiação solar.
VAPOR D ÁGUA NA ATMOSFERA
VAPOR D ÁGUA NA SUPERFÍCIE Janeiro Julho
PRECIPITAÇÃO MENSAL GLOBAL
TAXA DE PRECIPITAÇÃO GLOBAL ZCIT ZCPS Janeiro Julho ZCAS
PRECIPITAÇÃO GLOBAL A distribuição global da precipitação está muito ligada à Circulação Geral da Atmosfera e com a distribuição das cadeias de montanhas e planaltos. A chuva na região equatorial está ligada à ZCIT (convergência dos alísios e ramo ascendente da Célula de Hadley) As regiões com pouca precipitação nas latitudes subtropicais (inclusive os grandes desertos) estão localizadas no ramo descendente da Célula de Hadley. Nas regiões de latitudes médias, a precipitação está associada às frentes frias e ciclones extra-tropicais, entre as massas de ar polar e subtropical. Nos pólos está localizado o ramo descendente da Célula Polar e a baixa temperatura faz com que o vapor d água disponível seja pouco. Nas latitudes subtropicais encontram-se as Zonas de Convergência Sub-Tropicais, do Atlântico e do Pacífico (ZCAS e ZCPS).
CLASSIFICAÇÃO CLIMÁTICA
CLASSIFICAÇÃO CLIMÁTICA Os diversos controles climáticos interagem para produzir os mais diferentes climas. Não existem dois lugares que tenham exatamente o mesmo clima. Certas similaridades, porém, permitem dividir a Terra em regiões climáticas CLASSIFICAÇÃO dos GREGOS ANTIGOS (consideravam somente a temperatura e a distribuição de radiação solar) Zona tórrida de baixas latitudes: limitada ao norte e ao sul onde os raios solares atingem o zênite (23½ N e 23½ S); onde o sol do meio dia é sempre alto, dia e noite tem duração aproximadamente igual; é quente o ano todo. Zona polar (ou frígida) de altas latitudes: limitada pelos Círculos Ártico e Antártico (66½ N e 66½ S); frio durante todo o ano, devido a longos períodos de inverno sem luz solar ou sol muito baixo durante o verão. Zona temperada: região entre as duas anteriores; tem verão e inverno bem marcados; apresenta características de ambos extremos (frio no inverno, quente no verão).
SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO CLIMÁTICA DE KÖPPEN Wladimir Köppen, cientista alemão, 1846-1940 baseada nas médias anuais e mensais de temperatura e precipitação cinco grandes tipos climáticos, designados por letras A Climas tropicais úmidos: Todos os meses têm temperatura média maior que 18 C Quase todos os meses são quentes Não existe estação de inverno de verdade B Climas secos: Precipitação deficiente a maior parte do ano Evaporação potencial e transpiração excedem a precipitação C Climas úmidos de lat. médias com invernos amenos: Verões quente a muito quente, com invernos amenos A temperatura média do mês mais frio é abaixo de 18 C e acima de -3 C D Climas úmidos de lat. médias com invernos severos: Verões quentes, com invernos frios A temperatura média do mês mais quente excede 10 C e A média mensal do mês mais frio cai abaixo de -3 C E Climas polares: Invernos e verões extremamente frios A temperatura do mês mais quente é abaixo de 10 C Não há verão de verdade
Descrição dos códigos da classificação climática de Koppen/Trewartha Zonas principais: A. Tropical B. Seco C. Baixas latitudes médias D. Altas latitudes médias E. Polar Modificadores em letras minúsculas a. verões quentes e longos b. verões quentes e curtos c. verões frescos e curtos d. verões e invernos frios f. precipitação todos os meses w. inverno seco s. verão seco m. precipitação de monção h. quente e seco, temperatura média de todos os meses acima de 0 C k. frio e seco, pelo menos um mês com temperatura média abaixo de 0 C n. nevoeiro freqüente n'. nevoeiro não freqüente, mas alta umidade Modificadores adicionais: S. Semi-árido W. Árido T. Tundra F. Calota polar H. Montanhosa
CLASSIFICAÇÃO CLIMÁTICA de Köppen/Trewartha
CLIMAS DA AMÉRICA DO SUL A. Tropical B. Seco C. Baixas latitudes médias S. Semi-árido W. Árido H. Montanhosa a. verões quentes e longos b. verões quentes e curtos c. verões frescos e curtos f. precipitação todos os meses w. inverno seco s. verão seco m. precipitação de monção h. quente e seco, temperatura média de todos os meses acima de 0 C
Clima Tropical Andagoya, Columbia, 5 N Iquitos, Peru 4 S Calcutta, India 22.5 N,
Clima árido e semi-árido Berbera, Somalia 10.5 N, Alice Springs, Australia 23.5 S,
Latitude Média Úmida New Orleans, USA 30 N London, England 51.5 N
CLIMATOLOGIA DINÂMICA DO BRASIL (principais sistemas meteorológicos e efeitos no clima: distribuição de precipitação e temperatura)
REGIÃO NORTE Principais sistemas: ZCIT Temp. Evap. Convecção local Linhas de Instabilidade Prec. MANAUS (AM) MACAPÁ (AP) BELEM (PA)
REGIÃO NORDESTE (norte) Principais sistemas: ZCIT Convecção local Brisas Ondas de leste FORTALEZA (CE) SÃO LUIS (MA) NATAL (RN)
Variabilidade inter-anual Variabilidade intra-sazonal Vórtice ciclônico de altos níveis DIPOLO do Atlântico
REGIÃO NORDESTE (leste e sul) JOÃO PESSOA (PB) Principais sistemas: Brisas Ondas de leste Frentes Frias SALVADOR (BA) RECIFE (PE)
Frentes Frias e indução de convecção tropical
REGIÃO CENTRAL Principais sistemas: Convecção local Linhas de instabilidade Frentes Frias Célula de Hadley (desc.) CAMPO GRANDE (MS) CUIABÁ (MT) BRASILIA (DF)
REGIÃO SUDESTE Principais sistemas: Linhas de Instabilidade Brisas ZCAS Frentes Frias BELO HORIZONTE (MG) RIO DE JANEIRO (RJ) SÃO PAULO (SP)
REGIÃO SUL CURITIBA (PR) Principais sistemas: Linhas de Instabilidade Brisas Frentes Frias FLORIANÓPOLIS (SC) PORTO ALEGRE (RS)
Sites interessantes http://www.grec.iag.usp.br http://www.mct.gov.br/clima/comunic_old/caracna2.htm http://www.cptec.inpe.br/products/climanalise/ http://www.cptec.inpe.br/products/climanalise/cliesp10a/index1.shtml http://www.inmet.gov.br/climatologia/combo_climatologia_c.html http://geography.uoregon.edu/envchange/clim_animations/ http://www3.cptec.inpe.br/~ensinop/aulas.htm http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7v.html http://www.blueplanetbiomes.org/climate.htm http://www.fao.org/waicent/faoinfo/sustdev/eidirect/climate/eisp0002.htm http://www.cptec.inpe.br/enos/ http://iri.ldeo.columbia.edu/climate/enso/index.html
Modelos numéricos Modelo Climático Global (grid 200 km x 200 km) Modelo Climático Regional (grid, 60 km x 60 km) Modelo Climático Regional (grid, 14 km x 14 km) Downscaling estatístico
Correlation: Nino3.4 & SST Modelado Observado
Previsão de Tempo Condição Inicial Condição Final ~ 2 semanas Observações Meteorológicas Tempo Previsão Atmosfera é caótica para prazos superiores a cerca de 1 semana.
Previsão Sazonal 0 15 dias 105 dias 200 dias 300 dias Tempo Estação 1 Estação 2 Estação 3 Caos: Um sistema que depende sensivelmente de modificações interiores nas condições iniciais (Lorenz: The Essence of Chaos, 1993) Base Científica para a Previsão Sazonal Ø A Atmosfera Tropical Média Sazonal e os Oceanos Tropicais são praticamente insensíveis às condições iniciais e primordialmente determinados pelas condições de contorno (forçantes nas fronteiras). Ø Excelente simulação da precipitação tropical média para uma dada TSM tropical; e da TSM tropical para um dado cisalhamento do vento. Adaptado de J. Shukla, COLA/IGES
Previsão Climática Sazonal do CPTEC/INPE Esquema Operacional SIMULAÇÃO NO SIMULAÇÃO PREVISÃO PREVISÃO 2 1 NOV DEZ JAN FEV... JUN CI N CI 2 TSM:Obs. TSM Prevista: CI 1 Anomalias Persistidas Previsão para o Pacífico Previsão para o Pacífico e Atlântico N N PREVISÃO SAZONAL 2 1 CONJUNTO è PREVISÃO MÉDIA DO CONJUNTO PREVISÃO DA ANOMALIA SUBTRAÇÃO NO SIMULAÇÃO CLIMATOLÓGICA SIMULAÇÃO CLIMATOLÓGICA N 2 1 N 2 1 NOV CI N CI2 CI 1 DEZ JAN FEV... JUN TSM CLIMATOLÓGICA CLIMATOLOGIA DO MODELO CONJUNTO CLIMATOLOGIA DO MODELO MÉDIA DO CONJUNTO
Condições de Contorno para a Previsão Numérica do GCM no CPTEC Soma Anomalias de TSM no Pácífico Tropical Previsão de Anomalia de TSM do NCEP Último Mês de Previsão Primeiro Mês de Previsão Anomalias de TSM GLOBAIS NCEP CC Inferior: Anomalia de TSM Restante dos Oceanos: Anomalia de TSM Persistida Anomalias de TSM no Atlântico Previsão de TSM no Atlântico - SIMOC/CPTEC Soma Primeiro Mês de Previsão Último Mês de Previsão
Previsão Climática Sazonal Alta Previsibilidade Baixa Previsibilidade Média Previsibilidade
Monitoramento Global Monitoramento no Brasil CPTEC - INPE Previsão Climática Sazonal Anomalias de Chuva (mm/dia) - MAM 1998 Previsão
Avaliação da previsibilidade climática ò maior dispersão entre os membros ò - previsível ò menor dispersão entre os membros ò + previsível
FMAM 1997 FMAM 1999 FMAM 1998 FMAM 2000
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