climatologia de bloqueios atmosfÉricos no

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFSICA E CINCIAS ATMOSFRICAS

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS ATMOSFRICOS NO

    HEMISFERIO SUL: OBSERVAES, SIMULAES DO CLIMA DO

    SCULO XX E CENRIOS FUTUROS DE MUDANAS CLIMTICAS

    FLAVIO NATAL MENDES DE OLIVEIRA

    TESE DE DOUTORADO

    ORIENTADORA: Profa. Dra. LEILA MARIA VESPOLI DE CARVALHO

    CO-ORIENTADOR: Prof. Dr. TRCIO AMBRIZZI

    SO PAULO

    2011

  • ii

    FLAVIO NATAL MENDES DE OLIVEIRA

    CLIMATOLOGIA DE BLOQUEIOS ATMOSFRICOS NO

    HEMISFERIO SUL: OBSERVAES, SIMULAES DO CLIMA DO

    SCULO XX E CENRIOS FUTUROS DE MUDANAS CLIMTICAS.

    Verso Corrigida da Tese conforme resoluo CoPGr 5890

    O original se encontra disponvel na unidade do IAG-USP

    SO PAULO

    2011

    Tese apresentada ao Instituto de

    Astronomia, Geofsica e Cincias

    Atmosfricas da Universidade de

    So Paulo para a obteno do

    ttulo de Doutor em Cincias.

    Programa: Meteorologia

    Orientadora: Profa. Dra. Leila

    Maria Vespoli de Carvalho.

    Co-Orientador: Prof. Dr. Trcio

    Ambrizzi.

  • iii

    memria de meu Pai, Carlos

    A minha me, Osmilda, minhas

    irms e irmos e a minha esposa,

    Elisngela

    Pela Vida, pela Dedicao e pelo

    Amor.

  • iv

    Nunca deixe que lhe digam que

    no vale pena acreditar no

    sonho que se tem

    Renato Russo

  • v

    AGRADECIMENTOS

    Primeiramente a Deus, pela fora espiritual necessria para a realizao deste trabalho.

    A meu pai (in memoriam) e minha me e minhas irms pela vida e ensinamentos.

    A Elisangela Carvalho de Oliveira (esposa), pela dedicao, fora e compreenso ao longo

    dos quatro anos.

    Aos meus orientadores, Profa. Leila Maria Vespoli Carvalho e Prof. Trcio Ambrizzi por

    acreditarem no meu potencial.

    Ao Prof. Antnio Divino Moura pelo apoio e incentivo h 4 anos atrs onde optei ao

    doutorado.

    Ao Prof. Charles Jones pela ajuda em programao de IDL, ao Prof. Adilson Wagner Gandu

    pelo excelente exame de qualificao e a minha relatora, Profa. Maria Assuno pela

    pacincia com os relatrios.

    Aos colegas e amigos GEManacos do Laboratrio GEM, Michel, Ana, Rodrigo, Nathalie,

    Fabio, Tatiane e Ana Carolina. Aos demais amigos(as), Clnia Alcntara, Enver, Jnatan

    Tatsch, Raupp (hoje professor), Martinha, Ricardo Acosta, Clara e Maria, que presentes ou a

    distncia proporcionaram momentos especiais de descontrao e divertimento.

    Aos funcionrios da Secretria, Snia, Bete e Ana e aos analistas de informrtica, Samuel,

    Sebastio e Fagner que de alguma forma contriburam com a concluso deste trabalho.

    A CAPES, ao CNPQ (processo 140627/2009) e a CLARIS/PLB pelo suporte financeiro para

    esta pesquisa.

    Na concesso de dados, meus agradecimentos: Ao NCEP/NCAR pelos dados de reanlise; Ao

    Dr. Ceita Emori, Dr. Toru Nazawa e Dr. Manabu ABE do Center for Global Environmental

    Research (CGER), Japo, pela concesso de dados do MIROC 3.2; Ao Max Planck Institut

  • vi

    for Meteorology pela concesso de dados do ECHAM5/MPI-OM via o portal World Data

    Center (WDC) de Hamburgo, Alemanha.

    E aos amigos das padarias, Anderson Gacho Gordo, Gigio, Douglas, Pastor, Bel e Z pelas

    churrascadas e companheirismo que foram essenciais fora da USP.

  • vii

    RESUMO

    Este estudo discute uma climatologia de 59 anos (1949-2007) de bloqueios no Hemisfrio Sul (SH)

    usando dados de altura geopotencial em 500-hPa das reanlises do National Center for Environmental

    Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR). A variabilidade espao-

    temporal dos eventos de bloqueio e associaes com o El Nio/Oscilao do Sul (ENOS) tambm

    foram examinadas. Adicionalmente, os bloqueios foram investigados em dois Modelos de Circulao

    Geral Acoplados Atmosfera-Oceano de clima (MCGAO) do Intergovernamental Painel for Climate

    Change (IPCC), o ECHAM5/MPI-OM e o MIROC 3.2. Dois cenrios simulados foram analisados: O

    clima do sculo XX e o cenrio de emisso A1B. Os episdios do ENOS foram identificados usando

    dois mtodos. O primeiro foi o ndice Ocenico Mensal do Nio (ONI) do Climate Prediction Center

    (CPC-NCEP). O segundo mtodo foi baseado em Funes Empricas Ortogonais (EOF) e foi aplicado

    nos MCGAOs. Similarmente, tambm foi examinado a influencia combinada do ENOS e a Oscilao

    Antrtica (AAO) na ocorrncia e caractersticas dos bloqueios. O ndice dirio da AAO foi obtido pelo

    CPC-NCEP. Os ndices convencionais de bloqueios detectam principalmente variaes longitudinais.

    Este trabalho prope um ndice de bloqueio que detecta, alm de variaes longitudinais tambm as

    variaes latitudinais dos bloqueios. Cinco setores relevantes de bloqueios foram examinados em

    detalhes: Indico Sudoeste (SB1), Pacfico Sudoeste (SB2), Pacfico Central (SB3), Pacfico Sudeste

    (SB4) e Atlntico Sudoeste (SB5). Alm disso, foram investigados duas grandes regies do Pacfico

    Sul: Pacfico Oeste e Pacfico Leste. Foi encontrado que a escala mdia tpica dos eventos de bloqueio

    varia entre 1,5 e 2,5 dias. Alm disso, a durao dos eventos depende da latitude, com eventos de

    maior durao observados em latitudes mais altas. Diferenas longitudinais estatisticamente

    significativas na freqncia do escoamento bloqueado foram observadas entre as fases Quente e

    Neutra do ENOS desde o outono a primavera. Episdios intensos da fase Quente do ENOS (isto ,

    moderados a fortes) tendem a modificar o local preferencial de bloqueio, mas no a freqncia. Por

    outro lado, os episdios fracos da fase Quente do ENOS estiveram associados relativamente com alta

    freqncia. Os Eventos de bloqueio durante o ENOS+ duram, em mdia, mais um dia relativamente

    aos episdios Neutros. Em contraste, a fase Fria do ENOS (ENOS-) caracterizou-se pela reduo dos

    eventos de bloqueio sobre o setor do Pacfico Central, exceto durante os meses do vero austral.

    Entretanto, nenhuma diferena estatisticamente significativa foi detectada na durao dos eventos.

    Composies de anomalias de vento em 200-hPa indicam que o enfraquecimento (fortalecimento) do

    jato polar em torno de 60S durante a AAO negativa (positiva) em ambas as fases do ENOS tem uma

    importncia significativa no aumento (reduo) dos eventos de bloqueio. Um significativo aumento

    estatstico dos eventos sobre o setor do Pacfico Sudeste foi observado durante a AAO negativa em

    ambas as fases do ENOS. Ainda, um aumento (reduo) dos eventos foi observado sobre a regio do

    Pacfico Oeste na fase negativa (positiva) da AAO durante o ENOS-. Em contraste, durante o ENOS+

    no houve diferenas estatisticamente significativas na distribuio longitudinal dos eventos separado

    de acordo com as fases opostas da AAO, embora haja um aumento (reduo) dos eventos da regio do

    Pacfico Oeste para o Pacfico Leste durante a fase negativa (positiva) da AAO. Os MCGAOs

    simularam corretamente a amplitude do ciclo anual observado. Tambm, ambos os MCGAOs

    simularam melhor a durao e o local preferencial do que freqncia. Nenhum MCGAO simulou

    adequadamente a freqncia durante a fase Neutra do ENOS. O ECHAM5/MPI-OM (rodada 2) mostra

    um erro sistemtico que levam a uma superestimativa na freqncia de eventos sobre o Pacfico Leste

    durante as fases Neutra e Fria do ENOS. As diferenas entre as duas verses do MIROC 3.2 indicam

    que a alta resoluo nos modelos melhora o desempenho em simular a freqncia de bloqueios.

    Palavras-chave: Bloqueios Atmosfricos, El Nio/Oscilao do Sul, Oscilao Antrtica, Modelos

    Acoplados do IPCC.

  • viii

    ABSTRACT

    This study discusses 59-yr climatology (1949-2007) of Southern Hemisphere (SH) blockings using

    daily 500-hPa geopotential height data from National Center for Environmental Prediction / National

    Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR reanalysis. The spatiotemporal variability of

    blocking events and associations with El Nino/Southern Oscillation (ENSO) are examined.

    Additionally, blockings were examined in two Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC)

    Coupled General Circulation Models (CGCM), ECHAM5/MPI-OM and MIROC 3.2. Two sets of

    simulations were examined: the climate of the 20th century and the A1B emission scenario. ENSO

    episodes were identified using two methods. The first method was the Monthly Oceanic Nio Index

    (ONI) from the Climate Prediction Center (CPC-NCEP). The second method was based on Empirical

    Orthogonal Function (EOF) and was applied to identify ENSO episodes in the CGCMs. Similarly, the

    combined influence of ENSO and the Antarctic Oscillation (AAO) on the occurrence and

    characteristics of blockings was also examined. The daily AAO index was obtained from CPC/NCEP.

    Most conventional blocking indices detect longitudinal variations of blockings. In this study we

    propose a new blocking index that detects longitudinal and latitudinal variations of blockings. The

    following relevant sectors of blocking occurrence were identified and examined in detail: Southeast

    Indian (SB1), Southwest Pacific (SB2), Central Pacific (SB3), Southeast Pacific (SB4) and Southwest

    Atlantic (SB5) oceans. In addition, we investigated two large regions of South Pacific: West Pacific

    and East Pacific. We found that the typical timescale of a blocking event is about ~1.5 2.5 days.

    Nonetheless, the duration of events depends on the latitude, with larger durations observed at higher

    latitudes. Statistically sig