Aula 5 – Modos de Variabilidade Climática

Prof. Dr. Mauricio M. Mata Laboratório de Estudos dos Oceanos e Clima (LEOC) 1º SEM. 2016 Terça-feira – 14:00/16:00h, sala 2119

PPGOGQG TE: Oceanos e Clima

q Oscilação:qualquerfenômenoquetendeavariardeformaperiódica;

q Teleconexão:tendênciaparaospadrõesdecirculaçãoatmosféricaestaremrelacionados,diretaou indiretamente, sobregrandesáreasespacialmentenão-contíguas;

Oscilaçõeseteleconexões

Oscilações

v  As oscilações ocorrem quando o sistema éperturbadodeumaposiçãodeequilíbrioestável;

v Éreconhecidamenteumcicloprevisível,masestetermo não deve ser usado amenos que o períodotenhaumaregularidadereconhecível;

v Podeserusadocomoobalançodeumextremoaoutro,metadedeumciclo;

v Diversostiposdeoscilaçõessãoreconhecidos:

ü Dampedoscillation (Oscilação amortecida):diminuiçãoconstantedaamplitude.

OscilaçãoAmortecida

Oscilação

Oscilações

v Diversostiposdeoscilaçõessãoreconhecidos:

ü Undamped/Neutral/PersistentOscillation(OscilaçãoNeutra):manutençãodaamplitudeconstante.

ü  Unstable Oscillation (Oscilação Instável):crescimentodaamplitudeseguidoporqueda.

ü  Stable Oscillation (Oscilação Estável): amplitudeconsistentecompequenasmudanças.

ü  Forced Oscillation (Oscilação Forçada): forçaexternaatuandoperiodicamente.

ü  Free Oscillation (Oscilação Livre): movimentoestabelecido externamente,mas que não recebemaisenergiaexterna.

OscilaçãoNeutra

OscilaçãoInstável

OscilaçãoEstável

Oscilações

v  Oscilações atmosféricas podem se ajustar aqualquerumdestestiposdeoscilação;

v  De especial importância são os campos depressãoatmosférica;

v  As oscilações possuem uma gama deperiodicidades: intrassazonal (> 1 ano);interanual (1 ano); quase-bienal (~2 anos);decadal(10anos),eetc;

v Asoscilaçõessãoderivadasestatisticamente,principalmente a partir da série de observaçãodepressãodelongoperíodo.

q PrincipaisOscilaçõesouModosdeVariabilidade

Modosdevariabilidade

VariaçãoInteranual

Variaçãodecadal

Modosdevariabilidadeclimá6ca

v  Modo de variabilidade: éum padrão climático comcaracterísticas identificáveis,efeitosregionaisespecíficosecomportamentooscilatório.

v  Mu i t o s modo s d evariabilidade são usados emclimatologia como índicespara representar o estadoclimático geral de umaregião,queéafetadaporumdeterminadopadrão.

ElNiño-OscilaçãoSul(ENSO)

v  O ENSO é um padrão de variabilidadeclimática devido as alterações das condiçõesatmosféricaseoceânicasnoPacíficoEquatorial;

v OtermoElNiñoéutilizadoparacaracterizaroaquecimento anômalo das águas superficiais dooceanoPacíficotropical;

v  A componente atmosférica relacionada àsmudanças oceânicas durante o El Niño échamadadeOscilaçãoSul(SouthernOscillation);

v Escalatemporalcomfrequênciade3-7anos;

AquecimentodoPacíficoleste

ElNino/LaNina

ElNino2015

•  Interação Oceano-Atmosfera: ENSO; •  As conseqüências do fenômeno são de caráter Global

(Teleconexões)! Ex: Enchentes no Peru/Chile/Equador , secas na Austrália, Indonésia e NE Brasileiro, enchentes no Sul do Brasil; Quebra da safra de Anchoveta no Peru/Chile e na extração de guano.

ElNiño

CirculaçãoAtmosférica

CirculaçãoAtmosférica

CirculaçãoOceânica

ENSO

ENSO

ConsequênciasdoElNino

ConsequênciasdoElNino

Dez-Jan-Fev

Jun-Jul-Ago

ConsequênciasdaLaNina

Dez-Jan-Fev

Jun-Jul-Ago

MedindooENSO

•  Interação Oceano-Atmosfera: ENSO; •  Parte atmosférica

OscilaçãoSul

ZonasdeConvergênciadoPacífico

Darwin and Tahiti

SouthernOscillationpattern:annualmean sealevelpressure

SO:surfacetemperatureandannualprecipitation

OscilaçãoSul-Fasealtadoíndice(LaNiña)

Alta

VentosdelesteEquatorial-maisfortedoqueamédia

Baixa

AumentoemPrecipitação

PNM–acimadamédia

TD

PNM–abaixodamédia

OscilaçãoSul-Fasebaixadoíndice(ElNiño)

Alta

VentosdelesteEquatorial-maisfracodoqueamédia

Baixa

Reduçãodaprecipitação

PNM–abaixodamédia

TD

PNM–acimadamédia

AumentoemPrecipitação

MonitoramentodocicloENOS(cont.)

ÍndicesOceânicos¨  Temperaturadasuperfíciedomar¨  TemperaturadaSubsuperfíciedomar

RegiõesNiño

AregiãoNiño1+2-regiãoclássicadoElNiñoAregiãoNiño3.4-melhorindiceparaindicarascondiçõesemgeralrelacionadosaENOS.

NiñoIndices

Anomaliasposi6vasmaioresocorremnolestedoPacíficoequatorial(Niño1+2e3regiões).Anomaliasnega6vastêmamesmamagnitudeemtodasasregiões.

Niño3.4,EQSOIeU850

Anomaliasposi6vasdeTSMocorremcomanomaliasposi6vasdeventozonalem850-hPa(ventosdelestemaisfracodoqueamédia)eosvaloresnega6vosdoEQSOIevice-versa.

OEQSOIébaseadonadiferençadepressãoentreregiõesequatoriaissobreoPacíficoLesteeIndonésia.

OceanicNiñoIndex(ONI)

•  Baseadonamedidaprincipaldemonitoramento,previsão,eavaliaçãodoENOS(anomaliasdeTSMnaregiãoNiño-3.4)

•  MediacorridadetrêsmesesdosvaloresdeanomaliasdeTSMnaregiãoNiño-3.4,combaseemumconjuntodeanáliseshistóricashomogêneasdeTSM[ExtendedReconstructedSST(version2),SmithandReynolds,2003,J.Climate,16,1495-1510]

•  Usadoparacolocarascondiçõesatuaisemperspec6vahistórica

•  DefiniçõesoperacionaisdoNOAAparaElNiñoeLaNiñasãodiretamenterelacionadascomoíndice

ÍndicedeinclinaçãodaTermoclinaéadiferençanaprofundidadeanômaladaisotermade20ºCentreoPacíficoOcidental(160ºE-150ºW)elestedoPacífico(90º-140ºW).

CondiçõesnaCamadaSuperiordoOceanoPacíficoEquatorial

Oconteúdodecalordabacianacamadasuperiordooceanoequatorial(0-300m)émaioranteseduranteasfasesiniciaisdeepisódiosquentes(ElNiño)(compareosdoispainéisnotopo)emenoranteseduranteasfasesiniciaisdeepisódiosfrios(LaNiña).Ainclinaçãodatermoclinaoceânicaémenor(maior)duranteepisódiosquente(frio).

EpisódiosFriosEpisódiosQuentes

DefiniçõesoperacionaisdoNOAAparaElNiñoandLaNiña

ElNiño:caracterizadopeloONIpositivomaiorouiguala0,5°C.

LaNiña:caracterizadopeloONInegativomenorouiguala-0,5°C.

ONI:Evoluçãodesde1950

HistoricalElNiñoandLaNiñaEpisodesBaseadonoONIcomputadousandoRSST.v3b

Highest El Niño ONI Value

Lowest La Niña ONI Value

JJA 1951 – DJF 1951/52 1.2 ASO 1949 – JAS 1950 -1.4

DJF 1952/53 – JFM 1954 0.8 SON 1950 – JFM 1951 -0.8

MAM 1957 – JJA 1958 1.8 AMJ 1954 − NDJ 1956/57 -1.7

OND 1958 – FMA 1959 0.6 AMJ 1964 – DJF 1964/65 -0.8

MJJ 1963 – JFM 1964 1.4 JJA 1970 – DJF 1971/72 -1.3

AMJ 1965 – MAM 1966 1.9 AMJ 1973 – JJA 1974 -2.0

JAS 1968 – DJF 1969/70 1.1 SON 1974 – MAM 1976 -1.7

AMJ 1972 – FMA 1973 2.1 ASO 1983 – DJF 1983/84 -0.9

ASO 1976 - JFM 1977 0.8 SON 1984 – ASO 1985 -1.1

ASO 1977 – JFM 1978 0.8 AMJ 1988 – AMJ 1989 -1.9

AMJ 1982 – MJJ 1983 2.2 ASO 1995 – FMA 1996 -0.9

JAS 1986 – JFM 1988 1.6 JJA 1998 – FMA 2001 -1.7

AMJ 1991 – MJJ 1992 1.6 OND 2005 – FMA 2006 -0.9

ASO 1994 – FMA 1995 1.2 JAS 2007 – MJJ 2008 -1.5

AMJ 1997 – MAM 1998 2.4 JJA 2010 – MAM 2011 -1.5

AMJ 2002 – JFM 2003 1.3

JJA 2004 – DJF 2004/05 0.7

ASO 2006 – DJF 2006/07 1.0

JJA 2009 – MAM 2010 1.6

O Mecanismo do ENSO

¨  Causa do “disparo” do fenômeno ainda desconhecida; ¨  Provavelmente tem origem na atmosfera; ¨  Ondas planetárias nos Oceanos (Rossby e Kelvin

Equatoriais) tem um papel importante; ¨  Efeitos de feedback entre o Oceano e a Atmosfera

maximizam o fenômeno;

Oinício…aMJO(?)

MJO

¨  TheMadden-JulianOscillationisalargecomplexofcloudsandraininitiatedovertheIndianOceanthatslowlyprogressesaroundtheworldalongtheequator.TheMJOhasalargeeffectontropicalmonsoonsandcyclones,aswellasotherweathersystemsoutsidethetropics.

Formação dos ciclones gêmeos no Pacífico Ocidental Reversão dos ventos superficiais ao longo do Equador no Pacífico Ocidental

Referências

http://www.elnino.noaa.gov/sites.html

http://www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/nino-home.html

http://enos.cptec.inpe.br/

ENSO–ÍndiceNINO

v  Diversas áreas podem serutilizadas para o cálculo dasanomalias de SST dos índicesNINO;

v O índice mais utilizado é oNINO3.4, que consiste naanomalia da média da SST naregiãolocalizadaentre5°N-5°S e 170°W-120°W;

v O evento de El Niño ou LaNiña é identificado quando amédia corrida de 5 meses doíndice NINO3.4 exceder em+0.4°C (El Niño) ou -0.4°C (LaN i ñ a ) p o r 6 m e s e sconsecutivos.

La Niña (Feb 89) El Niño (Feb 98)

ENSO–ÍndiceNINOFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

ELNIÑ

O

LANIÑ

A

v  O índice NINO é determinado pela anomalia de SST em umadeterminadaregiãodoPacíficoEquatorial.

ENSO-ÍndiceSOIFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

v O índice SOI (SouthernOscillation Index) é determinado peladiferençaentre a pressão atmosférica superficial entre a ilha do Tahiti e a cidade deDarwinnaAustrália.

1997-1998 1981-1982

ElNiño-OscilaçãoSul(ENSO)PR

ÓXIM

ASAULA

S

OscilaçãoDecadaldoPacífico-PDO

v  É um padrão de variabilidade climáticacentradonoOceanoPacíficoNorte;

v TambémchamadodeOscilaçãodoPacíficoNorte (NPO), Variação Decadal do Pacífico(PDV), Oscilação Interdecadal do Pacífico(IPO);

v FenômenodelongaduraçãodefinidopelastemperaturasdooceanosuperficialnoOceanoPacíficotropicalenordeste.

v  Escala temporal entre 40-60 anos. Fasetípicapersistindopor20-30 anos.

v  O índice utilizado para avaliar o PDO éderivado das anomalias mensais de SST aonortede20°NnoOceanoPacífico.

PDO

–SSTanom(NE)

FaseQuenteouPositiva

FaseFriaouNegativa

+SSTanom(NE)

+SSTanom(Trópico)

–SSTanom(Trópico)

v Mudançanalocalizaçãodemassasdeáguaquentesefriasquelhesconfereminfluênciasobreaatmosferadeváriasformas–impactandoatéaregiãooestedosUSA.

PDOFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

Dois ciclos PDO nos últimos 100 anos.

1947-1976.

1925-1946. 1977-1990s.

1890-1924.

v Éumpadrãodevariabilidadeclimáticaquaseperiódico (periodicidade irregular) centrado noOceanoAtlânticoNorte;

v  Fenômeno de longa duração definido pelastemperaturas do oceano superficial no OceanoAtlânticoNorte(between0° and 70°N).

v  Escala temporal entre 50-80 anos (entrepicos).Fasetípicapersistindopor20-30 anos.

v  OíndiceAMOécalculadoapartirdedadosde SST, determinando a média ponderada deáreasobretodooAtlânticoNorteentre0-70ºNe,emseguida,retirandoatendênciadosdados.

OscilaçãoMul6decadaldoAtlân6co-AMO

CorrelaçãoAMO/SST

AMO

ü Quando o índice épositivo, o oceanoAtlântico Norte comoum todo está maisquente e o oceanoAtlânticoSulmaisfrio.

AMOFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

RelaçãoentreafrequênciadeciclonestropicaiseoíndiceAMO.

Teleconexões-AMO

v  Índice AMO negativoàestaçõesmais friasnaAmé r i c a d o N o r t e ,especialmente na costaleste.

v  A partir de 2009 oíndice AMO encontra-seem queda para valoresnegativos.

OscilaçãodoAtlân6coNorte(NAO)

v  É um padrão de variabilidade climática quedesempenhafortepapelnaregulaçãodoinvernodaEuropaeAméricadoNorte,centradonoAtl.Norte;

v ÉinfluenciadoporalteraçõesdabaixadaIslândiaedaaltadasBermuda-Açores;

v Escalatemporalvariadesemanasaalgunsmeses.Entretanto,cadafasepodepredominarporumou+anos.

v  As fases positivas e negativas doNAOmodulamascondiçõestemporais(temperaturaeumidade)doHN.

NAOFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

v +Intensificaçãodoswesterlies.

v  O índice NAO é calculado a partir de medidas das variações no padrão normal de baixapressão atmosférica sobre a Islândia e alta pressão perto dos Açores e da Península Ibérica (édefinidoutilizando-seosmesesdeinverno–Dez/Mar).

Intensos (frio) invernos na Europa Décadas de 1940/1960

Inverno Europeu úmido (1990)

NAO

FasePositiva

OscilaçãoÁr6ca(AO)

v  É um padrão de variabilidade climática devido a anomalias da baixa pressãoatmosféricasobreoÁrtico;

v TambémdenominadocomoModoAnularNorte(NAM-NorthernAnnularMode);

v Fenômenodefinidopelacomparaçãodapressãoatmosféricanaregiãopolareem45°N.

v Emalgunsestudosasoscilações: AO e NAOsão apontadas comonomes diferentes quei n d i c am o me smoaspectodevariabilidadeenãodiferentespadrõesdevariabilidade.

AO/NAMFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

AO/NAMFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

Índice NAO sobreposto ao

Índice AO

AO/NAM

Na Fase Positiva o ar frio é confinado no

Ártico à o HN como um todo terá temperaturas mais amenas (quente)

Na Fase Negativa o enfraquecimento do

sistema de pressão permite o deslocamento de ar frio

para o sul e ar quente para o norte à o HN como um

todo terá temperaturas mais frias

OscilaçãoAntár6ca(AAO)

v  É um padrão de variabilidade climática centrado noHemisférioSul.PodeserdenominadotambémporModoAnularSul(SouthernAnnularMode–SAM)ouMododeAltaLatitude(HighLatitudeMode–HLM).v  É representadopelaoscilaçãodos valoresdo sistemade pressão atmosférica superficial entre médias e altaslatitudes;v OSAMéumpadrãodevariabilidadede larga escalaquedominaacirculaçãoextratropicaldoHemisférioSulem escalas temporais que podem variar de semanas ameses.

v  O índice SAMé calculadopeladiferençadapressãozonalaoníveldomarentreas latitudesde40ºS e 65ºS.Outrosmétodospodemserutilizadosparadeterminaçãodoíndice(EOF,PCA).

Pad

rão

de a

ltera

ção

da a

ltura

ge

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enci

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alia

s sa

zona

is e

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50 h

Pa)

Pad

rão

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ção

da

Tem

pera

tura

(ºC

), 19

82-2

004

ÍndiceSAMFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

v  Tendência positiva do índice SAM – estudos indicam relação com a depleção de ozônio acima da Antártica e aumento dos gases estufa.

SAM

v  O SAM é definido por alterações nos ventos de oeste, que são conduzidos pelos contrastes de temperatura entre os trópicos e a região polar da Antártica.

v  Os modos anulares geralmente possuem um padrão circular ('anular' significa em forma de anel) e uma variação entre fases positivas e negativas durante semanas ou meses.

v  No modo positivo do SAM, o anel é mais forte e mais Sul, inibindo o transporte de ar Antártico. No modo negativo, um vórtice mais fraco, mais variável permite que o ar Antártico se desloque ao norte mais facilmente.

DipolodoOceanoÍndico(IOD)

v  É um padrão de variabilidade climáticacentradonoOceanoÍndicotropical;

v  Fenômeno definido por variações dastemperaturas do oceano superficial noOceano Índico (costa de Sumatra e daÁfrica);

v  É um padrão análogo ao ENSO,identificadoem1999;

v  É aperiódico com escala temporalflutuandoentre2 ou +anos(entrepicos);

v OIODinfluenciaasmonçõesdeverãonaÍndia, tornando-a mais intensa em fasespositivasemaisfracasemfasesnegativas.

IOD

v  O índice IOD é calculado ap a r t i r d e d a d o s d e S S T ,determinando o gradiente de SSTentre o oceano Índico equatorialoeste (50E-70E and 10S-10N) eleste(90E-110E and 10S-0N).

FASE

NEG

ATI

VA

FASE

POSITI

VA

IODFA

SEPOSITI

VA

FASE

NEG

ATI

VA

1997 – Fase positiva 1998 – Fase Negativa

IOD

v  Ventos superficiaisanômalos relacionadoscom variações de SST:i n t e n s i fi c a ç ã o /enfraquecimento dosalísios;

v  Associado com secasna Austrália e chuvasexcessivasnaÁfrica;

v  Representa apenas~10% davariânciatotal;

v Poucosestudos.FASEPOSITIVA FASE

NEGATIVAFASENEUTRA

ENSOvs.IOD

v OfenômenodoElNiñofuncionacomum“ga:lho”paraoIOD.

Resumindo...

Resumindo

¨  TiposdeOscilaçõeseteleconexões;¨  PrincipaisOscilaçõeseModosdevariabilidade:escalas principais, padrões nos oceanos e naatmosfera;

¨  OscilaçãodecadaldoPacífico(PDO);¨  OscilaçãoMultidecadaldoAtlântico(AMO);¨  ElNiño-OscilaçãoSul(ENSO);¨  OscilaçãodoAtlânticoNorte(NAO);¨  Oscilação Artica (AO/NAM) e OscilaçãoAntártica(AAO/SAM);

¨  DipolodoOceanoÍndico(IOD).

AMO

NAO

OscilaçãoMadden–Julian(MJO)

AHovmöllerdiagramofthe5-dayrunningmeanofoutgoinglongwaveradiationshowingtheMJO.Timeincreasesfromtoptobottominthefigure,socontoursthatareorientedfromupper-lefttolower-rightrepresentmovementfromwesttoeast.

MJO