UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

CURSO DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS

CLIMATOLOGIA DA AMÉRICA DO SUL TROPICAL

ATRAVÉS DA REANÁLISE ERA-20C

Kelvem Rodrigo de Oliveira

Vitor Hugo de Almeida Marrafon

Pedro Ygor Carvalho Correa

Michelle Simões Reboita

ITAJUBÁ

2017

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SUMÁRIO

RESUMO ......................................................................................................................... 3

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3

2 METODOLOGIA ..................................................................................................... 4

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................ 5

3.1 Altura Geopotencial ........................................................................................... 5

3.2 Fração de nuvem ................................................................................................ 8

3.3 Vorticidade potencial ....................................................................................... 11

3.4 Massa de ozônio ............................................................................................... 14

3.5 Perfil vertical de ômega ................................................................................... 17

3.6 Perfil vertical do desvio zonal de temperatura do ar ....................................... 18

3.7 Perfil vertical do desvio zonal de umidade específica ..................................... 19

3.8 Perfil vertical do desvio zonal do vento zonal ................................................. 20

3.9 Séries temporais ............................................................................................... 21

4 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 27

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 28

3

CLIMATOLOGIA DA AMÉRICA DO SUL

TROPICAL ATRAVÉS DA REANÁLISE ERA-20C

Fonte: Eva et al. (2005)

RESUMO

Este estudo tem como objetivo apresentar a climatologia sazonal de diferentes variáveis

atmosféricas para estudo da circulação na América do Sul Tropical com ênfase na

região da Alta da Bolívia (AB). Esse estudo é realizado com um século de dados, obtido

da reanálise ERA-20C do ECMWF.

1 INTRODUÇÃO

Grande parte da América do Sul (AS) é caracterizada por uma estação seca

(abril a setembro) e uma chuvosa (outubro a março) (Reboita et al., 2012). Isso está

relacionado com o Sistema de Monção da AS. Os sistemas de monção se originam em

resposta ao contraste térmico entre o continente e o oceano, que causa inversão sazonal

no sentido dos ventos, como descrito por Gan et al. (2004) e Vera et al. (2006). Na AS,

a reversão sazonal do sentido dos ventos só é obtida quando a média anual é descontada

dos valores sazonais (Zhou e Lau,1998).

No sistema de monção da AS, durante a estação chuvosa, há uma circulação

anticiclônica em altos níveis chamada de Alta da Bolívia (AB), pois tem centro sobre

esse país, e uma baixa térmica (baixa do Chaco) em superfície (Reboita et al, 2010). A

AB está intimamente ligada à atividade convectiva da Amazônia e centro do Brasil

(Marengo et al., 2004), o que contribui para intensificar o jato subtropical de altos níveis

(Hurrel e Vincent, 1991) e tem como resposta um cavado nas cercanias do nordeste do

Brasil.

O período chuvoso no centro e sudeste brasileiro ocorre no verão austral (dez,

jan, fev) e está relacionado a uma faixa de nebulosidade e precipitação que se inicia no

4

sul da Amazônia, passando pelo sudeste do Brasil e chegando ao oceano Atlântico Sul,

conhecida como Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) (Kousky, 1988,

Carvalho et al., 2004).

O presente estudo tem por finalidade determinar a climatologia sazonal de

diferentes variáveis atmosféricas (temperatura, fração de nuvem, umidade relativa e

específica, componente zonal e meridional do vento, movimento vertical, vorticidade

potencial e massa de ozônio) na AS tropical, dando ênfase à região da AB, sistema

importante da monção sul americana.

2 METODOLOGIA

Para o presente estudo foram utilizados dados da reanálise ERA-20C (Poli et

al., 2016), que tem como base dados de observações e modelo de circulação da

atmosfera. Os dados da reanálise ERA-20C cobrem o globo todo, possuem 19 níveis

verticais e se estendem de 1900 a 2010. As variáveis usadas foram temperatura do ar

(K), umidade específica (kg.kg-1

), umidade relativa (%), fração de nuvem

(adimensional), massa de ozônio (kg), vorticidade potencial (s-1

), altura geopotencial

(m), componentes zonal (m.s-1

) e meridional (m.s-1

) do vento e movimento vertical

(ômega, Pa.s-1

).

A partir do software GRADs foram gerados mapas para os níveis de 300, 200,

100, 50 e 10 hPa das climatologias sazonais da vorticidade potencial, altura

geopotencial, fração de nuvem e massa de ozônio e os vetores da direção do vento.

Também foram gerados perfis verticais de algumas das variáveis atmosféricas para a

região da AB, que segundo Vera et al. (2006) está centrada na latitude de 18ºS. Para

essa região foram plotados os campos sazonais de ômega e de desvios zonais (eq. 1) das

variáveis temperatura do ar, umidade especifica e componente zonal do vento. A

latitude usada foi fixada em 18ºS e a longitude variando entre 60ºW a 20ºW.

em que D’ é o desvio zonal, m é o valor da média climatológica e é a média zonal

(média em longitude) da climatologia.

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Para a temperatura do ar e componente zonal do vento foram construídas séries

temporais para os subdomínios indicados na figura 1 e tabela 1 no nível de 200 hPa.

Além disso, foi verificada a tendência linear dessas séries temporais.

Tabela 1 – Localização dos setores utilizados neste estudo.

Subdomínio Latitude Longitude

AMZ 15° S a 5° S 68° W a 52°W

NEB 13° S a 2,5° S 45° W a 35° W

SEB 25,5° S a 19,5° S 52,5° W a 40° W

SUL 32,5° S a 25° S 60° W a 47,5° W

MON 20 S a 10 S 65° W a 55°W

Figura 1 – Domínios e subdomínios em estudo.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 Altura Geopotencial

As figuras 2 a 6 mostram a altura geopotencial dos níveis de 300, 200, 100, 50,

10 hPa, respectivamente. Uma vez que altura geopotencial é relacionada à temperatura

do ar, entre 300 e 100 hPa os máximos de altura geopotencial ocorrem na região da AB

e cercanias no verão, justamente quando a atividade convectiva está mais intensa. Como

resposta à AB surge um cavado nas cercanias do nordeste, onde a altura geopotencial

apresenta valores mais baixos. Nas demais estações há um gradiente meridional de

altura geopotencial e, a partir do nível de 50 hPa, ocorre uma inversão deste gradiente.

6

Figura 2 – Altura geopotencial (hPa, cores) e direção e intensidade do vento (m/s) no nível de 300 hPa.

Figura 3 – Altura geopotencial (hPa, cores) e direção e intensidade do vento (m/s) no nível de 200 hPa.

7

Figura 4 – Altura geopotencial (hPa, cores) e direção e intensidade do vento (m/s) no nível de 100 hPa.

Figura 5 – Altura geopotencial (hPa, cores) e direção e intensidade do vento (m/s) no nível de 50 hPa.

8

Figura 6 – Altura geopotencial (hPa, cores) e direção e intensidade do vento (m/s) no nível de 10 hPa.

3.2 Fração de nuvem

As figuras 7 a 10 mostram a fração de nuvem nos níveis de 300, 200, 100, 50

hPa, respectivamente. Nos níveis de 300, 200 e 100 hPa há fração de nuvem

principalmente na região amazônica à norte da AB. Essa região possui intensa atividade

convectiva, um fato curioso é que os máximos de fração de nuvem ocorrem no nível de

200 hPa, o que pode estar associado à ‘bigorna’ que se forma no topo das nuvens

cumulus nimbus (cb). Acima de 50 hPa não há registro de fração de nuvem .

9

Figura 7 – Fração de nuvem (colorido) e direção e intensidade do vento (m/s) em 300 hPa.

Figura 8 – Fração de nuvem (colorido) e direção e intensidade do vento (m/s) em 200 hPa.

10

Figura 9– Fração de nuvem (colorido) e direção e intensidade do vento (m/s) em 100 hPa.

Figura 10 – Fração de nuvem (colorido) e direção e intensidade do vento (m/s) em 50 hPa.

11

3.3 Vorticidade potencial

As figuras 11 a 15 mostram a vorticidade potencial nos níveis de 300, 200,

100, 50 e 10 hPa. A vorticidade potencial (eq. 2) é negativa no hemisfério sul e positiva

no hemisfério norte. Isso porque em sistemas de grande escala espacial e/ou temporal o

termo dominante na eq. 2 é a vorticidade planetária, termo ligado à força de Coriolis

(efeito da rotação da terra) que é negativo (positivo) no hemisfério sul (norte).

(2)

onde Q é a vorticidade potencial, é a vorticidade relativa, f a vorticidade planetária e

H a espessura da camada. está ligado às variações meridionais (zonais) do vento zonal

(meridional) e seu sinal é negativo (positivo) para giro horário (anti-horário). Um giro

anti-horário no hemisfério sul tem baixo valor de Q, uma vez que nesse caso e f têm

sinais opostos; isso explica um mínimo local de Q próximo ao centro da AB em 200

hPa. A partir de 50 hPa a intensidade do vento é fraca e com pouca variação, logo o

valor de tende a zero e Q varia apenas em latitude, assim como f.

Figura 11 – Vorticidade potencial (x10-6

) (cores) e direção e intensidade do vento em 300 hPa.

12

Figura 12 – Vorticidade potencial (x10-6

) (cores) e vento horizontal no nível de 200 hPa.

Figura 13 – Vorticidade potencial (x10-6

) (cores) e direção e intensidade do vento em 100 hPa.

13

Figura 14 – Vorticidade potencial (x10-6

) (cores) e direção e intensidade do vento em 50 hPa.

Figura 15 – Vorticidade potêncial (x10-6

) (cores) e direção e intensidade do vento em 10 hPa.

14

3.4 Massa de ozônio

As figuras 17 a 21 mostram a massa de ozônio nos níveis de 300, 200, 100, 50

e 10 hPa. A distribuição da massa de ozônio é explicada pela circulação de Brewer-

Dobson (figura 16), circulação associada às trocas entre a estratosfera e troposfera. Essa

circulação assim como a de Hadley se desloca para o hemisfério de verão. Seus

máximos se concentram nos níveis superiores (50 e 10 hPa); em 10 hPa há um pico de

massa de ozônio em torno de 20ºS, região de intensa troca de massa (destacada na

figura 16) e, esse máximo, se desloca junto com a circulação.

Figura 16 – Modelo teórico da circulação de Brewer-Dobson. Fonte: COMET, disponível em:

https://www.meted.ucar.edu/tropical/textbook_2nd_edition_es/navmenu.php?tab=4&page=2.5.0 .

15

Figura 17 – Massa de ozônio (x10-7

) (cores) e direção e intensidade do vento em 300 hPa.

Figura 18 – Massa de ozônio (x107) (cores) e direção e intensidade do vento em 200 hPa.

16

Figura 19 – Massa de ozônio (x10-7

) (cores) e direção e intensidade do vento em 100 hPa.

Figura 20 – Massa de ozônio (x10-7

) (cores) e direção e intensidade do vento em 50 hPa.

17

Figura 21 – Massa de ozônio (x10-7

) (cores) e direção e intensidade do vento em 10 hPa

3.5 Perfil vertical de ômega

A figura 22 mostra os perfis verticais do movimento vertical (ômega) para as

quatro estações do ano na região da AB (corte em 18ºS). Durante o outono e inverno, a

AB está desconfigurada e os núcleos de movimento ascendente (ômega negativo, tons

em roxo na figura) se limitam ao nível de 700 hPa. Na primavera, há um núcleo de

movimento ascendente em torno de 50ºW indicando uma AB em formação, esse

movimento se torna mais intenso no verão quando o sistema atinge a maturação.

18

Figura 22 – Perfil vertical de ômega (Pa.s-¹) para a região da AB (latitude centrada em 18º S).

3.6 Perfil vertical do desvio zonal de temperatura do ar

A figura 23 mostra o perfil vertical do desvio zonal de temperatura para as

quatro estações do ano na região da AB. Durante o inverno, em torno de 55ºW, há um

desvio positivo em superfície indicando temperaturas acima da média, acima de 700

hPa o desvio torna-se negativo indicando temperaturas abaixo da média zonal; tal perfil

caracteriza uma atmosfera estratificada, onde os movimentos ascendentes são menores.

No verão há aumento dos movimentos ascendentes e em torno de 55ºW há desvio

positivo que se mantém até cerca de 200 hPa. Esse desvio está associado à liberação de

calor latente que ocorre no desenvolvimento de nuvens do tipo cb.

19

Figura 23 – Perfil vertical do desvio zonal de temperatura para a região da AB.

3.7 Perfil vertical do desvio zonal de umidade específica

A figura 24 mostra o perfil vertical do desvio zonal de umidade especifica. Em

torno de 55ºW há um desvio positivo para todas as estações do ano com destaque na

primavera e verão, onde o valor do desvio é maior. No verão, também há uma região

mais extensa verticalmente de maior umidade, uma vez que nessa estação o

desenvolvimento de nuvens do tipo cb é mais frequente.

20

Figura 24 – Perfil vertical do desvio zonal de umidade específica (x10-3

) para a região da AB.

3.8 Perfil vertical do desvio zonal do vento zonal

A figura 25 mostra o perfil vertical do desvio zonal da componente zonal do

vento para as quatro estações do ano. Desvio negativo indica predominância de ventos

de leste e desvio positivo a predominância de ventos de oeste. No verão e outono, em

torno de 30ºW em baixos níveis há mudança de valor do desvio. Além disso, nessas

estações do ano predomina desvio positivo entre níveis baixos e médios e negativo em

altos níveis. De fato, o perfil é traçado em 18oS, onde os ventos de leste na AB são

predominantes em tais estações. Já no inverno, em altos níveis predomina desvio

positivo do vento zonal, isto é, ventos de oeste.

21

Figura 25 – Perfil vertical do desvio zonal de vento zonal para a região da AB.

3.9 Séries temporais

As figuras de 27 a 30 mostram as séries temporais de temperatura média

sazonal para os subdomínios da Figura 1. Para todos os subdomínios a tendência é de

aumento de temperatura com destaque para o outono e verão que apresentam um

aumento em torno de 0,02 K.ano-¹, ou seja, um aumento de 2 K até o fim do século em

estudo, resultado que está de acordo com publicado no 5º relatório do IPCC (Painel

Internacional de Mudanças Climáticas).

22

Figura 26 – Série temporal e tendência linear de temperatura em 200 hPa para a AMZ.

Figura 27 – Série temporal e tendência linear de temperatura em 200 hPa para a região MON.

23

Figura 28 Série temporal e tendência linear de temperatura em 200 hPa para o NEB.

Figura 29 – Série temporal e tendência linear de temperatura em 200 hPa para o SEB.

24

Figura 30 – Série temporal e tendência linear de temperatura em 200 hPa para o SUL.

As figuras de 31 a 35 mostram as séries temporais de vento zonal médio

sazonal para os subdomínios da Figura 1. O vento zonal não apresenta tendência nas

séries temporais, uma vez que os valores apresentam um padrão oscilatório. O período

dessa oscilação é em torno de 20 anos e pode estar associado a oscilações decadais de

temperatura na superfície dos oceanos Pacífico e Atlântico.

25

Figura 31 – Série temporal e tendência linear de vento zonal em 200 hPa para a AMZ.

Figura 32 – Série temporal e tendência linear de vento zonal em 200 hPa para a MON.

26

Figura 33 – Série temporal e tendência linear de vento zonal em 200 hPa para o NEB.

Figura 34 – Série temporal e tendência linear de vento zonal em 200 hPa para o SEB.

27

Figura 35 – Série temporal e tendência linear de vento zonal em 200 hPa para o SUL.

4 CONCLUSÃO

Este estudo documenta o comportamento sazonal da AB tanto verticalmente

quanto horizontalmente a partir de dados de reanálise para um período de um século. A

AB é crucial para a formação do sistema de monção e, consequentemente, para o regime

de precipitação na AS.

28

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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