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Page 1: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

PRECIPITATION ANOMALIES OVER SOUTH AMERICA IN THE

SUMMER SEASONIN SCENARIOS OF CLIMATE CHANGE

Iracema Fonseca de Albuquerque Cavalcanti

CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

COLD AIR OUTBREAKS OVER SOUTHEASTERN SOUTH AMERICA IN THE

WINTER SEASONIN SCENARIOS OF CLIMATE CHANGE

Gabriela Müller Kelen Andrade Iracema FA Cavalcanti

Page 2: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

ANOMALOUS PRECIPITATION OVER SOUTH AMERICA

• NATURAL CLIMATE VARIABILITY

• ENSO CONDITIONS (EL NINO / LA NINA)

• TELECONNECTIONS

• INTRASEASONAL OSCILLATION

• BEHAVIOUR OF SYNOPTIC SYSTEMS

• BLOCKING SITUATIONS

• ETC

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DROUGHT IN 2005

DROUGHT IN 2000/2001

DROUGHT IN 1997/1998

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THE QUESTION IS:WILL THE ANOMALIES CHANGE

IN SCENARIOS OF CLIMATE CHANGE OVER SOUTH AMERICA?

HOW THE INTENSITY OF NATURAL VARIABILITY CAN CHANGE IN THE

FUTURE?

MODELS

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CPTEC/COLA AGCM

DJF PRECIPITATIONCMAP/CAMS

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Extreme wet years composite Extreme dry years composite

SOUTHEASTERN BRAZIL (50W-40W; 15-25S)

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Extreme wet years composite Extreme dry years composite

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IPCC-4 MODEL SIMULATIONS

20 CENTURYSRES A2

PRE-INDUSTRIAL

1% CO2 INCREASE

MODELS

HADLEY HADCM3

GFDL

HADGEN

MRI

ECHAM

CANADIAN

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Increase from CO2= 286.05 ppm at 1% /year rate to doubling, then constant to year 280. Other gases cte from 1860

1% CO2 EXPERIMENT

20TH CENTURY EXPERIMENT

Considers all anthropogenic forcings during the period of 1860 to 2000 (140 years)

EXPERIMENTS

SRES A2High degree of global economic development (means high concentration of greenhouse gases)

(2000-2100)

Forcings agents representative of 1860 conditions constant. Include all greenhouses gases (280 years)

PRE-INDUSTRIAL EXPERIMENT

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PERIODS OF ANALYSIS

• LAST 51 YEARS FROM EACH SIMULATION

• DJF (S.H. SUMMER)

• 20 CENTURY : 1949-1999

• SRES A2: 2048- 2098 OR 2049-2099

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20 CENTURY

DJF 1979/1980 TO 1999/2000

GFDL MRI HADCM3

OBSERVED

PRECIPITATION

MODELS SIMULATIONS

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HADGEN ECHAM

OBSERVED

PRECIPITATION

CANADIAN

MODELS SIMULATIONS

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Difference between two periods in the pre-industrial experiment (year 71 to 280)- (year 11 to 70).

The changes are very small, consistent with the absence of anthropogenic forcings.

PRE-INDUSTRIAL EXPERIMENT GFDL

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The impact on precipitation is seen in the region of

South Atlantic Convergence Zone

and Southeastern South America considering the two experiments.

DIFFERENCES BETWEEN 1%CO2 AND PRE-INDUSTRIAL EXPERIMENT GFDL

DIFFERENCES BETWEEN 1%CO2 AND 20th century EXPERIMENTS GFDL

ANNUAL GFDL

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GFDL (USA) DIFFERENCES (FUTURE -20TH CENTURY)

DJF1%CO2 SRES A2

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HADCM3 (UK)

DIFFERENCES (FUTURE -20TH CENTURY)

1%CO2 SRES A2DJF

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GFDL20 CENTURY LAST PERIOD 1% CO2 INCREASE

250 hPa

850 hPa

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Difference between SRES A2 and 20th century wind flow

HADLEY.

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EXTREME MONTHLY PRECIPITATION ANOMALIES

DJF

• Average of precipitation anomalies over several areas of South America

• 5 extreme years (+ and -)

• 20th century and SRES A2

• Hadley and GFDL

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WAmazonia

E

Amazonia

N La Plata

S La Plata

AREAS

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AREAS

SE

NE

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GFDL

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AMAZONIA

WESTERN SECTOR

20th century A2 ANOMALIES RELATED TO THE CLIMATOLOGY OF 20TH CENTURY

PRECIPITATION ANOMALIES

EASTERN SECTOR

GFDL

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PRECIPITATION ANOMALIES (AMAZONIA) GFDL

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LA PLATA NORTHERN SECTOR

LA PLATA SOUTHERN SECTOR

GFDL

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PRECIPITATION ANOMALIES LA PLATA SOUTHERN SECTORGFDL

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NORTHEAST BRAZILGFDL

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PRECIPITATION ANOMALIES NORTHEAST BRAZIL

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SOUTHEAST (50W-40W; 15S-25S)

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PRECIPITATION ANOMALIES SOUTHEAST BRAZIL

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HADLEY

Page 32: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

HADLEY

AMAZONIA WESTERN SECTOR

EASTERN SECTOR

20th century A2 ANOMALIES

Page 33: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

NORTHEAST BRAZIL

Page 34: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

LA PLATA NORTHERN SECTOR

LA PLATA SOUTHERN SECTOR

Page 35: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

SOUTHEAST Brazil

Page 36: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

HADLEY

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20th century

SRES A2

PRECIPITATION ANOMALY CORRELATIONS AREA 15S-25S; 40W-50W (SOUTHEAST) GFDL

GFDL

HADCM3

HADCM3

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EXTREME PRECIPITATION ANOMALIES SOUTHEAST (50W-40W; 15S-25S) 20th century

GFDL HADCM3

GFDL HADCM3

NEGATIVE

ANOMALIES

POSITIVE ANOMALIES

Page 39: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

EXTREME PRECIPITATION ANOMALIES SOUTHEAST

(50W-40W; 15S-25S) SRES A2

GFDL HADCM3

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COLD AIR OUTBREAKS OVER SOUTH AMERICA

• CNPq colaboration project Argentina, Uruguay, Brazil.

• Objective: Identify frequency and intensity of extreme cold air outbreaks in the present climate and in the future.

• Will the global warming affect the frequency and intensity of the cold air outbreaks?

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TEMPERATURE CHANGES (annual)

GFDL

1% CO2 increase

– preindustrial

1% CO2 increase – 20 century

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Frequency of cold air over Brazil, Argentina and Uruguay

• Daily data at (925hPa), 850 hPa

• SLP, meridional wind and Temperature

• Average over areas

• 52W-57W; 23S-28S (Brazil)

• 52W-57W; 28S-33S (Uruguay)

• 65-60W; 33-38S (Argentina)

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criterium

• Temperature interval (0-2.5c , < 0c)

• Reduction of temperature (5-8c; 8-10c; >10c)

• Increase of SLP and southerly flow at 850hPa

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ARGENTINA STATIONS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990

frec NCEP

frec OBS

OBS: TEMP. AT 2m

Reanalysis: 850hPa

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TEMP. 850 hPa 0-2.50 c

1960-1990

FUTURE

65-60W

33-38S

ARGENTINA - Categoria 0 - 2,5

0123456789

10111213141516171819202122232425

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

NCEPGFDLHADDiário

ARGENTINA - Categoria 0 - 2,5

0123456789

10111213141516171819202122232425

20

80

20

81

20

82

20

83

20

84

20

85

20

86

20

87

20

88

20

89

20

90

20

91

20

92

20

93

20

94

20

95

20

96

20

97

20

98

20

99

21

00

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

HADDiárioGFDLF

Argentina

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ARGENTINA - Categoria < 0

0123456789

10111213141516171819202122232425

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

NCEPGFDLHADDiário

TEMP. 850 hPa < 0 c

1960-1990

65-60W33-38S

FUTURE

ARGENTINA - Categoria < 0

0123456789

10111213141516171819202122232425

20

80

20

81

20

82

20

83

20

84

20

85

20

86

20

87

20

88

20

89

20

90

20

91

20

92

20

93

20

94

20

95

20

96

20

97

20

98

20

99

21

00

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

HADDiário

GFDLF

Argentina

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FUTURE

1960-1990

TEMP. 850 hPa

0-2.50 c

52W-57W

23S-28S

BRASIL - Categoria 0 - 2,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

NCEPGFDLHADDiário

BRASIL - Categoria 0 - 2,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

80

20

81

20

82

20

83

20

84

20

85

20

86

20

87

20

88

20

89

20

90

20

91

20

92

20

93

20

94

20

95

20

96

20

97

20

98

20

99

21

00

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

HADDiário

GFDLF

Brazil

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FUTURE

1960-1990

Temp. 850 hPa

<00 c

52W-57W 23S-28S

BRASIL - Categoria < 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

NCEPGFDLHADDiário

BRASIL - Categoria 0 - 2,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

80

20

81

20

82

20

83

20

84

20

85

20

86

20

87

20

88

20

89

20

90

20

91

20

92

20

93

20

94

20

95

20

96

20

97

20

98

20

99

21

00

Anos

me

ro d

e O

co

rrê

nc

ias

HADDiário

GFDLF

Brazil

Page 49: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

Next criterium

• Calculate anomalies and analyze the extremes in each area.

• Use SLP and meridional wind to get cases associated with frontal systems.

Page 50: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

CONCLUSION

Page 51: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

COMMON FEATURES IN THE MODELS

• INCREASE OF PRECIPITATION OVER NORTHWESTERN AND SOUTH/ SOUTHEASTERN SOUTH AMERICA.

• REDUCTION OF PRECIPITATION OVER SOUTHWESTERN SOUTH AMERICA.

• THERE IS AGREEMENT IN CHARACTERISTICS ASSOCIATED WITH EL NINO INFLUENCE IN SOME REGIONS

Page 52: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

REGIONS WITH DIFERENT RESULTS IN DIFERENT MODELS

• SUGGEST UNCERTAINTY IN CHARACTERIZING THE FUTURE CLIMATE IN THESE REGIONS.

• AND • THE NEED TO ANALYSE RESULTS OF

OTHER MODELS.

• MULTI-MODEL ENSEMBLE

Page 53: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

• Extreme monthly anomalous precipitation intensifies in some regions

• Dipole patterns are reproduced in 20th century and future climate scenario

• Extremes are connected in some areas

Page 54: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

Frequency of cold air cases

• Number of cold air outbreaks are better simulated by Hadley model (20th century) in two areas of South America.

• Frequency reduces in SRES A2 scenario

• (still analysing the intensity)

Page 55: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

WORK IN PROGRESS

• IDENTIFICATION OF MECHANISMS ASSOCIATED WITH THE CHANGES.

• ANALYSIS OF MODEL PATTERNS ASSOCIATED WITH THE COLD AIR OUTBREAKS

• ANALYSIS OF DAILY PRECIPITATION AND TEMPERATURE DATA TO IDENTIFY EXTREMES

• ANALYSIS OF OTHER IPCC MODELS

Page 56: CENTRO DE PREVISÃO DE TEMPO E ESTUDOS CLIMÁTICOS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

ACKNOWLEDGEMENTS

To CNPq for research supportTo CNPq/Prosul project

To international modeling groups for providing their data for analysis, the Program for Climate Model Diagnosis and Intercomparison (PCMDI) for collecting and archiving the model data,   the JSC/CLIVAR Working Group on Coupled Modelling (WGCM) and their   Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) and Climate Simulation Panel for organizing the model data analysis activity, and the IPCC WG1 TSU for technical support. The IPCC Data Archive at Lawrence Livermore National Laboratory is supported by the Office of Science, U.S. Department of Energy.


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