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  • A oscilao do Sul, El Nio, La Nia:

    historia e princpios fsicos.

    Affonso S. Mascarenhas Jr.

  • Os dois eventos El Nio mais fortes

    1982 - 1983

    1997 - 1998

  • Um pouco de Historia.

  • Quando Sir Gilbert Walker foi designado Diretor Geral dos observatrios das colonias britnicas na India em 1904, ele se propos a tarefa de tentar predizer as variaes das monses na India, assm como das secas associadas a elas. Iniciou um projeto de examinar os registros globais da poca, de presso ao nivel do mar, temperatura do ar, precipitao e outras variaveis medidas em varias partes do mundo.

    Os valores medios podam diferir de ano para ano, mas as caractersticas das diferenas se mostraram similares sobre uma grande regio do globo.

    Parte inferior a media corrente de 12 meses da presso do ar ao nivel do mar em Darwin (Australia) e na parte superior a precipitao media em uma serie de ilhas no Oceano Pacifico equatorial entre 1600 E e 1500 W. As setas identificam eventos ENSO.

  • Darwin

  • Correlao (X10) da media anual da presso ao nvel do mar com a presso em Darwin. A presso excede 0.4 na regio sombreada e menor que -0.4 na regio hachurada. (95 estaes met.)

  • importante notar que as correlaes maiores (menores) acontecem em dois centros de ao, que sugerem um mecanismo em forma de gangorra com um perodo de oscilao de 2 a 4 anos. Um centro de ao se encontra sobre o Pacifico tropical Oeste e Leste do Oceano Indico e outro sobre o Pacifico tropical sudeste. As flutuaes nos dois centros ainda que est ivessem separadas por mi lhares de quilmetros eram perfeitamente coerentes e fora de fase.

  • As flutuaes interanuais so irregulares no tempo. Sir Gilbert Walker, meteorlogo Britnico e Diretor Geral dos Observatorios da colonia britnica da India, denominou essas oscilaes de Oscilao do Sul (OS).

  • Os cientficos da poca notaram que as oscilaes envolviam muito ms que apenas um sobe e desce na diferena da presso de superficie atravs do Oceano Pacifico. A oscilao estava tambm associada a cambios maiores nos padres de precipitao e campos de vento nos Ocanos Indico tropical e Pacifico e que, alm disso estava correlacionada com flutuaes meteorolgicas em outras partes do globo.

  • A relao importante entre a OS e as variaes da temperatura da superficie do mar (TSM) foi descoberta nos 1960s, por Berlage, Petersen e outros. A correlao entre os varios parmetros estabelece que presso de superficie alta sobre o Oeste e presso de superficie baixa sobre o Pacifico tropical Sudeste coincida com grandes precipitaes, aguas de superficie quentes (no usuais) e ventos alisios relaxados no Pacifico Tropical central e Oeste. Esta fase da OS conhecida como El Nio.

  • Da mesma figura pode se notar que as amplitudes de diferentes El Nio varam grandemente, gerando denominaes de categoras como forte, moderado, dbil, muito dbil, existindo considervel diferena em cada categora.

  • importante notar que a noo de condies normais no Pacifico Tropical, prcticamente no existe. Da figura, se nota que o Pacifico nunca est em um estado normal, ou est em uma fase da OS, conhecida por El Nio ou na fase complementar, denominada la Nia. Durante la Nia, a presso de superficie alta sobre o Leste e baixa sobre o Pacifico Tropical Oeste, enquanto que os alisios so intensos, e a TSM e precipitao so baixas no Pacifico Tropical Central e Leste.

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    Darwin Tahi/

  • Noes sobre a fsica do fenmeno

  • A figura mostra os mapas dos coeficientes de regresso das variveis fsicas sobre o ndice TSM para cada v a r i v e l importante.

  • Deser y Walace (1990) catalogaram os EN, LN, mais fortes dos ltimos 60 anos usando as anomalas de TSM e correlacionaram com as variveis fsicas importantes, visando estimar os padres espaciais tpicos do ENSO; (Presso Atmosfrica, vento de Superficie, Temperatura da Superficie do Mar, Radiao de Onda Larga Emitida e Divergncia do vento de Superficie).

  • Durante o ENSO, os movimentos de larga escala na atmosfera so dirigidos pelo aquecimento anmalo proveniente do calor latente liberado. O topo das nuvens tendem a ser fras, assim os menores valores de Radiao de Onda Larga Emitida (ROL), nos trpicos, correspondem ao topo das nuvens. Alm disso estes valores (ROL) so identificados como regies de conveco profunda.

  • Assim a anomala baixa de ROL no PEc, entre 150E e 150W na fig c, mostra que nos episdios quentes de ENSO, essa regio tem mais nuvens que o normal. Esta figura portanto mostra que o principal aquecimento anmalo que dirige a atmosfera durante o ENSO (quente) ocorre na parte Oeste e Central do Pacifico Equatorial.

  • Porque devera ser mais forte o aquecimento interanual na atmosfera nessa regio Oeste/Central do Pacifico Equatorial?. Uma possvel lnha de raciocnio sera que uma maior anomala de TSM causara um aquecimento anmalo do ar adjacente superficie que se expandira, tornndo-se menos denso e mais leve que o ar ao redor, e consequentemente ascendente. O ar que sobe se esfra e o vapor de agua contido nele se condensa e aquece o ar, com a liberao de calor latente. Este aquecimento causa mais expanso do ar, mais movimento ascendente, mais condensao, mais aquecimento atmosfrico.

  • Se esta lnha de raciocnio fosse correta, esperaramos o mais baixo valor de ROL sobre a regio de mxima anomala de TSM. Uma comparao das figs (b) e (c) mostra que a anmala cobertura de nuvens (medida pela anomala ROL) ocorre no Pacifico Equatorial Oeste/Central enquanto a anomala mxima de TSM ocorre no Pacifico Equatorial Este, a milhares de quilmetros de distncia.

  • Obviamente, a anomala de cobertura de nuvens e aquecimento atmosfrico depende de algo mais que smente anomalas de TSM.

    Observaes de ROL tropical e TSM mostram que baixos valores de ROL (correspondente ao incremento de cobertura de nuvens e precipitao) so mais provveis que ocorram para TSM acima de 27.5 C.

    ~28 C

  • Para que as anomalas de TSM sejam efetivas em produzir conveco profunda, a TSM deve ser pelo menos 27.5C. Este resultado e a fig abaixo explicam o padro de anomala de aquecimento atmosfrico durante o ENSO. Apesar das anomalas de TSM serem menores no P. Oeste/Central, elas ocorren sobre TSM >27.5C, produzindo conveco anmala enquanto que maiores anomalas de TSM P Eq Leste ocorrem sobre agua to fra que no provoca aquecimento convectivo atmosfrico profundo.

    !

  • Quais as causas das anomalas equatoriais de TSM na regio Pacifico Oeste/Central, (150 E y 150 W), onde o acoplamento ENSO entre atmosfera e o oceano mais forte? Analise de observaes e modelos numricos sugerem que a adveco zonal da agua por correntes ocenicas contribuem substancialmente para as anomalas de TSM locais. Especficamente, suponhamos que uma partcula de agua na superficie do mar perto do equador no ganha nem perde calor para o meio, mas movida por uma corrente ocenica anmala para o Leste. Desde que, em mdia, a TSM decrece monotonicamente em direco ao Leste, nesta regio, uma anomala de TSM positiva resulta em uma anmala conveco atmosfrica profunda. Podemos pensar em este processo como uma corrente anmala movendo agua quente e conveco para o Leste.

  • Porque o SOI deve ser correlacionado com o movimento zonal da piscina de agua quente? Ao longo do equador os ventos sopram de zonas de alta para zonas de baixa presso, para transferir massas de ar anmalas e equalizar a presso.

  • Durante um episdio ENSO quente, ventos equatoriais de superficie so de Oeste, de cerca 150E at 150W. Portanto, como mostrado na Fig (a) a presso de superficie alta no PEcO (Oeste de 150E) e baixa no PEcE (Leste de 150W). Todavia a presso de superficie em Tahiti indicativa da presso de superficie equatorial a Leste de 150W, e a presso atmosfrica em Darwin indicativa da presso equatorial Oeste de 150E. Portanto, quando a piscina quente se move para Leste, a conveco atmosfrica profunda tambm se move para Leste e ventos anmalos equatoriais de Oeste so induzidos juntamente com presses altas anmalas em Darwin e baixas presses anmalas em Tahit. Portanto, o SOI sendo presso anmala de superficie Tahit menos a de Darwin, negativa.

  • A Fig mostra que o deslocamento zonal equatorial da borda Este da piscina quente do PO - 28.5C (linha slida); o deslocamento zonal da isotaca -4 m/s de vento de oeste (linha trao-ponto); e o deslocamento zonal da isolinha de OLR equatorial de 240 W/m2 (linha fraca), esto correlacionados.

  • Esta uma seco de temperatura ao longo do equador atravs do Ocano Pacfico. Podemos notar uma zona de fortes mudanas de temperatura entre 50 e 180 m. a denominada termoclina. Notamos tambm que podemos imaginar o ocano tropical como um ocano de duas capas sobrepostas.

  • Algumas animaes

  • Outubro de 1998 (La Nia) a Outubro de 2002 (El Nio).

  • Outubro de 1998 (La Nia) a Outubro de 2002 (El Nio).

  • As ondas equatoriais

  • Vamos nos concentrar em ondas equatoriais de baixa frequncia. Para o primeiro modo baroclnico (c=2.7 ms-1) a frequncia muito baixa (0, periodos longos) e o diagrama de disperso mostra que somente so possveis ondas de Kelvin equatoriais muito longas (k0), e ondas de Rossby tambm muito longas.

  • Ondas de Kelvin de subsidencia e Rossby de afloramento ou resurgencia

  • Imaginemos um vento forante para o Leste com distribuio Gaussiana com a mxima amplitude no equador. O vento ligado instantneamente e mantido durante 30 das.

    http://iri.columbia.edu/cl

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