MONITORAMENTO DOS CICLONES EXTRATROPICAIS NO HEMISFÉRIO SUL Michelle Simões Reboita * Tércio Ambrizzi * RESUMO Neste estudo apresenta-se a densidade mensal de ciclones no Hemisfério Sul no ano de 2005. As regiões de maior ocorrência desses sistemas estão em torno do continente Antártico, sul e sudeste da Austrália e costa leste da América do Sul concordando com estudos prévios. Uma característica interessante notada é que a posição do cinturão de ciclones em torno da Antártica tem uma variação mensal, estando mais próximo ou mais afastado do continente, sugerindo uma possível associação com o Índice de Oscilação Antártico. ABSTRACT This study shows the cyclones monthly density in the South Hemisphere in 2005. The regions with higher occurrence of these systems are around the Antarctica, south and southeast Australia, and South America east coast. These results are in agreement with others previous studies. An interesting characteristic observed here is that the position of the cyclones belt around Antarctica has a monthly variation, sometimes appearing next to the cold continent and sometimes distant. This result may be associated to the Antarctic Oscillation Index. Palavras-Chave: ciclones extratropicais, Hemisfério Sul, IOA, GrEC INTRODUÇÃO O Grupo de Estudos Climáticos da Universidade de São Paulo (GrEC-USP) mensalmente faz uma reunião climática aberta ao público onde apresenta o monitoramento dos padrões atmosféricos desenvolvidos no mês precedente. Nesta reunião são abordados vários tópicos entre os quais: a análise dos dados meteorológicos mensais observados na estação do Instituto de Astronomia, Geofísica de Ciências Atmosféricas da USP (IAG USP) situada a 23 39'S e 46 37'W; monitoramento das anomalias de temperatura e precipitação no Brasil, Argentina e Austrália; análise dos campos globais de pressão, vento, altura geopotencial, radiação de onda longa emergente e temperatura da superfície do mar, monitoramento da ocorrência dos ciclones extratropicais no Hemisfério Sul (HS) e avaliação de diferentes modelos climáticos. A cada trimestre o GrEC também elabora uma previsão climática. Os assuntos abordados nas reuniões são disponibilizados na página www.grec.iag.usp.br, sendo que o monitoramento dos ciclones extratropicais no HS é atualmente um produto exclusivo deste grupo. Os ciclones extratropicais são um dos sistemas de escala sinótica que mais causam mudanças no tempo nas regiões onde atuam. Portanto, o monitoramento mensal desses sistemas * Universidade de São Paulo, Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Departamento de Ciências Atmosféricas Rua do Matão, 1226, CEP: 05508900, Cidade Universitária, São Paulo, SP. E-mails: reboita@model.iag.usp.br e ambrizzi@model.iag.usp.br
é importante devido ao seu impacto sócio-economico de forma geral. A climatologia de ciclones no HS elaborada por diferentes pesquisadores mostra que a ciclogênese é mais freqüente entre 30 o e 50 o S com máximo em torno de 45 o S e que diminui do paralelo de 50 o S em direção a Antártica e aumenta nas proximidades desse continente (Taljjard, 1967; Sinclair, 1994). Sinclair (1994) observou máxima ocorrência de ciclones em torno da Antártica e próximo aos continentes nas latitudes médias principalmente no inverno. Segundo o autor a maior densidade de ciclones nas proximidades do continente Antártico pode estar relacionada ao efeito da topografia que propicia a ocorrência de ventos catabáticos que interagem com o contraste continente-oceano favorecendo a ciclogênese. Sinclair também notou que ao norte de 40 o S a maior freqüência de ciclones ocorre no leste da América do Sul e no Pacífico próximo a 150 o W e a menor no oeste dos continentes e que algumas dessas variações longitudinais provavelmente refletem o papel das correntes oceânicas onde condições quentes (frias) prevalecem na porção leste (oeste) dos continentes. A grande freqüência de sistemas na costa leste da América do Sul também foi observada por outros pesquisadores como Gan e Rao (1991), Hoskins e Hodges (2005) e Reboita et al. (2005). Gan e Rao (1991) identificaram duas regiões ciclogenéticas, uma na Argentina sobre o Golfo de São Matias (42,5ºS e 62,5ºW) e outra sobre o Uruguai (em torno de 31,5º S e 55º W) e relacionaram a primeira à instabilidade baroclínica dos ventos de oeste e a segunda a associação do efeito dos Andes com a instabilidade baroclínica. Entretanto, estudos como o de Sinclair (1994), Hoskins e Hodges (2005) e Reboita et al. (2005) observaram uma terceira região na costa leste da América do Sul com grande freqüência de sistemas principalmente no verão que é a costa da região sul e sudeste do Brasil, porém as causas desse máximo ciclogenético ainda necessita ser investigado. Sendo assim, o objetivo desse trabalho é apresentar a densidade mensal dos ciclones extratropicais no HS para o ano de 2005 e identificar as regiões de maior ocorrência desses sistemas. Sugestão de uma possível relação entre a variabilidade mensal dos mesmos com o Índice de Oscilação Antártico também será discutido. DADOS E METODOLOGIA Neste estudo os ciclones extratropicais foram identificados e rastreados com o auxílio do algoritmo desenvolvido por Murray e Simmons (1991), que identifica os sistemas através da busca de mínimos de pressão atmosférica ao nível médio do mar. Para identificar a primeira posição de um ciclone o algoritmo faz uma busca dos pontos de grade que possuem valor mínimo de pressão e após procura pelos pontos nos quais o laplaciano horizontal da pressão em relação aos pontos vizinhos é maior do que um valor positivo previamente especificado. O tracking é realizado baseado numa estimativa da velocidade de deslocamento do sistema. A segunda posição de um
ciclone é determinada fazendo-se uma busca do valor mínimo de pressão ao redor do ponto de grade correspondente ao da posição precedente. Posteriormente, calcula-se a velocidade de deslocamento do sistema entre os dois tempos e projeta-se a mesma para o tempo futuro. Com este procedimento obtém-se uma noção da nova posição do ciclone, mas o ponto do mínimo será encontrado através da procura na vizinhança do ponto de grade que se supõe ser a nova posição. Os dados de pressão ao nível médio do mar utilizados no tracking dos ciclones foram obtidos do projeto de reanálises R-1 do National Centers for Environmental Prediction (NCEP Kalnay et al., 1996). Nos resultados será dada uma abordagem ao Índice de Oscilação Antártica, portanto as informações referentes a este foram adquiridas na página: http://www.cpc.noaa.gov/ products/precip/cwlink/daily_ao_index/aao/aao_index.html. Foram elaborados gráficos mensais de densidade (número de sistemas por unidade de área) dos ciclones extratropicias no HS para o ano de 2005 incluindo todos os sistemas de baixas identificados pelo algoritmo sem imposição de um limiar temporal e de intensidade. RESULTADOS E CONCLUSÕES A figura 1 apresenta a densidade mensal dos ciclones extratropicais no Hemisfério Sul no ano de 2005. Nesta figura, também são mostradas as baixas térmicas desenvolvidas em função do aquecimento dos continentes. Há presença de baixas térmicas na porção centro-sul da América do Sul, sul da África e oeste da Austrália com menor ocorrência no outono, sendo que na América do Sul são inexistentes nos meses de maio e junho. Com relação aos ciclones extratropicais nota-se ao longo dos meses: a) grande ocorrência de ciclones em torno do continente Antártico, b) presença freqüente de sistemas no sul e sudeste da Austrália e na costa leste da América do Sul, onde nesta última os sistemas se desenvolvem principalmente no sul da Argentina, próximo a desembocadura do Rio da Prata e na costa sul e sudeste do Brasil e c) freqüência variável dos ciclones sobre os oceanos. Estes resultados concordam com os estudos prévios de Talljard (1967), Gan e Rao (1991), Sinclair (1994), Hoskins e Hodges (2005) e Reboita et al. (2005). Uma característica interessante notada na figura 1 é que a posição do cinturão de ciclones em torno da Antártica tem uma variação mensal ora estando mais próximo do continente gelado (figura 1 b, c, d, h, i e j) e ora mais afastado (figura 1 a, e, f, g, k e l). Através da análise de vários campos meteorológicos durante as reuniões climáticas do GrEC percebeu-se que a variação latitudinal deste cinturão podia ter alguma relação com o Índice de Oscilação Antártico (IOA), pois quando este índice era positivo notava-se que os sistemas estavam mais próximos do continente Antártico e quando negativo mais afastados deste.
a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) Figura 1. Densidade de ciclones extratropicais no Hemisfério Sul no ano de 2005 (intervalos 10-3 ciclones deg. lat. -2 ). O IOA é definido pelo Climate Predcition Center (CPC/NOAA) como a diferença entre a média mensal (diária) da anomalia de altura geopotencial em 700 hpa e o primeiro modo da análise de Função Ortogonal Empírica (FOE) da média mensal (diária) das anomalias de geopotencial em
700 hpa no período de 1979 a 2000 na região ao sul de 20 o S. Segundo Thompson e Wallace (2000), o IOA tem um caráter barotrópico podendo ser identificado como o primeiro modo da análise de FOE de diversos campos meteorológicos, tanto em superfície como na média e alta troposfera. Estes autores também observaram que o IAO ocorre durante todo o ano, sendo mais ativo na primavera quando se amplifica em direção a estratosfera. Yu and Hartmann (1993) sugerem que a manutenção do IOA é devido a dinâmica interna da atmosfera através das interações com os fluxos de momento da perturbação. O primeiro modo obtido na análise de FOE pelo CPC é mostrado na figura 2 onde estrutura é definida como positiva. Nesta figura, as cores em azul indicam anomalias negativas de altura geopotencial na região da Antártica e as cores em vermelho anomalias positivas na banda latitudinal ao redor de 45 o S. Quando o IOA é positivo (negativo) existem condições favoráveis (desfavoráveis) para a ocorrência de ciclones próximos ao continente gelado e condições desfavoráveis (favoráveis) nos arredores de 45 o S. Esta característica assemelha-se a equação da tendência do geopotencial em 500 hpa, que relaciona as anomalias negativas de geopotencial no HS com a advecção fria e a advecção de vorticidade negativa. A advecção fria favorece o aprofundamento dos cavados contribuindo para o aumento da advecção de vorticidade e essas condições dão suporte ao desenvolvimento de ciclones à superfície. 2 Índice de Oscilação Antártico 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5 Figura 2. Primeiro modo da análise de Função Ortogonal Empírica para a anomalia mensal de altura geopotencial em 700 hpa no período de 1979 a 2000. Fonte: http://www.cpc.noaa.gov/products/precip/ CWlink/daily_ao_index/aao/aao.loading.shtml -2 J F M A M J J A S O N D Figura 3. Índice de Oscilação Antártico mensal no ano de 2005. Fonte: http://www.cpc.noaa.gov/products/ precip/ CWlink /daily_ao_index/aao/aao_index.html O IOA mensal no ano de 2005 é apresentado na figura 3. Relacionando este índice com a respectiva figura da densidade de ciclones (figura 1) nota-se a ocorrência de um deslocamento do cinturão ciclogenético das proximidades da Antártica em direção a latitudes mais baixas quando o índice é negativo (figura 1 a, e, f, g, k e l). Resultado similar foi obtido por Carvalho et al. (2005). Estes autores também sugeriram que a fase negativa do IOA promove o deslocamento do jato subtropical para latitudes mais baixas favorecendo o desenvolvimento de ciclones nessas latitudes.
O principal foco deste estudo era mostrar as regiões de maior ocorrência de ciclones no HS durante o ano de 2005. No entanto, através deste tipo de análise foi observada a existência de uma variabilidade desses sistemas que aparentemente estão associadas com o IOA. Este último resultado é importante e destaca a necessidade de mais estudos a fim de compreender os mecanismos atmosféricos que promovem a diferente estrutura no campo das anomalias de geopotencial e os efeitos da influência do IOA nos sistemas de tempo como as frentes e os ciclones extratropicais. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem: a FAPESP processos nº s 04/02446-7 e 01/13925-5 e ao CNPq processos nº s 475281/03-9 e 300348/2005-3 pelo suporte financeiro; ao NCEP por disponibilizar os dados; aos professores Ross J. Murray e Ian Simmonds por nos cederem o algoritmo de identificação e tracking dos ciclones; aos amigos Alexandre B. Pezza e Kevin Keay por auxílio na utilização do código e o amigo Nelson Vidaurre Navarrete por auxílios na parte computacional. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Carvalho, L. M. V., C. Jones, and T. Ambrizzi, 2005: Opposite Phases of the Antarctic Oscillation and Relationships with Intraseasonal to Interannual Activity in the Tropics during the Austral Summer. J. Climate, 18, 702-718. Gan, M. A., and B. V., Rao, 1991: Surface ciclogenesis over South America. Mon. Wea. Rev., 119, 293-302. Hoskins, B. J., and K. I. Hodges, 2005: A New Perspective on Southern Hemisphere Storm Tracks. J. Climate, 18, 4108-4129. Kalnay, E., and Coauthors, 1996: NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, 437-471. Murray, R. J., and I. Simmonds, 1991: A numerical scheme for tracking cyclone centers from digital data. Part I: Development and operation of the scheme. Aust. Meteor. Mag., 39, 155-166. Reboita, M. S., R. P. Rocha e T. Ambrizzi, 2005: Climatologia de Ciclones sobre o Atlântico Sul Utilizando Métodos Objetivos na Detecção destes Sistemas. In: IX CONGREMET, Congresso Argentino de Meteorologia, Buenos Aires, AR, Outubro 3-7, 2005. Sinclair, M. R., 1994: An Objective Cyclone Climatology for the Southern Hemisphere. Mon. Wea. Rev., 122, 2239-2256. Taljaard, J. J., 1967: Development, distribution and movement of cyclones and anticyclones in the Southern Hemisphere during IGY. J. Appl. Meteor., 6, 973-987. Thompson, D. W. J., and J. M. Wallace, 2000: Annular Modes in the Extratropical Circulation. Part I: Month-to-Month Variability, J. Climate, 13, 1000 1016. Yu, J.-Y., and D. L. Hartmann, 1993: Zonal Flow Vacillation and Eddy Forcing in a Simple GCM of the Atmosphere, J. Atmos. Sci., 50, 3244 3259.