Evidence in support of the climate change – Atlantic

hurricane hypothesis

Oceanografia Física MET-336-3

James B. Elsner - Geophysical Research Letters, Vol. 33, August 2006

Aluna: Suelen T. Roballo

Professor: Luciano Pezzi

Evidências na sustentação da hipótese da relação das mudanças

climáticas com os furacões do Atlântico.

INTRODUÇÃO

Aumento na potência dos ciclones tropicais no Atlântico Correlação com o aumento da TSM no

Atlântico Norte; Debates sobre as possíveis causas do

aumento na potência dos furacões:

Flutuação climática natural – Oscilação Multidecadal do Atlântico (AMO).

Mudanças climáticas.

INTRODUÇÃO

Aplicação de testes de causalidade (relação causa e efeito) durante a estação de furacões.

Dados de temperatura média global do ar próximo a superfície (TG);

Dados de TSM do Atlântico.

INTRODUÇÃO

Resultados mostram que TG é útil na previsão de TSM

TG “causa” TSM fornecendo evidências adicionais na sustentação da hipóteses de mudanças climáticas.

REVISÃO DA LITERATURA

Emanuel (2005) e Webster et al. (2005) - Evidências observacionais – aumento da intensidade dos furacões nas décadas recentes juntamente com o aumento da TSM.

REVISÃO DA LITERATURA

Emanuel (2005): Relata um medida de energia dissipada pelos ciclones

tropicais (Índice de Potência Dissipada – PDI). PDI: Proporcional ao cubo da velocidade dos ventos

acumulados sobre as bacias oceâncias (neste caso, Atlântico Norte).

PDI praticamente dobrou desde 1950 (maior parte nos últimos 30 anos).

Contribuição: Aumentos na intensidade e duração dos ciclones tropicais.

PDI fortemente correlacionada com as TSMs das bacias oceânicas.

REVISÃO DA LITERATURA

Emanuel (2005): Relação entre as duas séries TSM tropical exerce um forte controle no PDI. A grande ascensão na década passada é sem precedentes e

provavelmente reflete o efeito do aquecimento global.

Anos

Figura 1: Medida da potência total dissipada anual pelos ciclones tropicais no Atlântico Norte comparado com a TSM de setembro. O PDI foi multiplicado por 2,1 x 10-12 e a TSM (obtida do conjunto de dados do Hadley Center Sea Ice e SST – HadISST) é calculada para uma caixa limitada entre 6º N e 18º N em latitude e entre 20º W e 60º W em longitude.

Fonte: Emanuel (2005)

REVISÃO DA LITERATURA

Estação típica: 1º de junho a 30 de novembro Pico: metade de agosto até outubro. Estação média: 10 tempestades tropicais sendo

que 6 se tornam furacões e 2 atingem ventos acima de 46 m/s (categoria 3 ou mais).

Estação de furacões do Atlântico

Estimativa baseada em uma média a longo prazo, mas há muita variabilidade de um ano para o outro.

REVISÃO DA LITERATURA

Freqüência: número de furacões que ocorre. Intensidade: Medida da força ou velocidade

máxima de um furacão. Atividade: Termo utilizado pelo Centro

Nacional de Furacões que abrange a freqüência e intensidade de furacões em uma estação.

Termos utilizados na descrição de uma estação de furacões

REVISÃO DA LITERATURA

1970 a 1987: baixos níveis de atividade ciclônica tropical.

1988 – 1989: reinício da atividade

1991-1994: retorno a um baixo nível de atividade (evento de El Niño de 1990-1995).

1995 até 2000: atividade acima do normal a cada ano, exceto em 1997

A estação na bacia do Atlântico

Fu

racões p

rin

cip

ais

Figura 2: Número de furacões principais de 1944 a 2000. A linha sólida horizontal corresponde ao valor médio (2,3). A linha curva pontilhada é uma média de 5 anos. A linha reta pontilhada mostra o valor de três furacões principais por ano.

Fonte:Adaptado de Goldenberg et al. (2001)

OBJETIVOS

Comprovar que as mudanças climáticas estão afetando a atividade dos furacões no Atlântico Norte.

Examinar a conexão estatística entre TG e a TSM do Atlântico

DADOS

Anomalias mensais com precisão de 0,05ºC . Fonte de dados: IPCC do Climate Research Unit (CRU).

TG

TSM do Atlântico Anomalias mensais (ºC). dados são uma mistura do modelo de Hadley e TSM interpoladas da

U.S NOAA Climate Diagnostic Center.

Anomalias de TG e TSM: médias temporais de agosto a outubro para 135 estações consecutivas de furacões de 1871-2005

DADOS

Soma das velocidades do vento ao cubo, acumuladas durante estações inteiras de furacões 1871 – 2005.

Fonte: HURDAT (Base de dados de tempestades tropicais e furacões do Oceano Atlântico, Golfo do México e Mar do Caribe).

Cálculo de PDI a cada 6 horas de observação Consideração: somente observações de ciclones tropicais

em intensidade de 33 m/s ou acima. Valores anuais de PDI total dependem da duração,

freqüência e intensidade dos furacões. Normalização do PDI total anual pela raiz cúbica da soma

das velocidades.

Índice de Potência Dissipada - PDI

METODOLOGIAHipóteses consideradas - causas do recente aumento das atividades dos furacões

a) Mudanças climáticas: TG aumenta causando aumento na TSM do Atlântico.

b) AMO: mudanças naturais na circulação de água profunda do Oceano Atlântico conduz a TSM para a estação de furacões - mudanças em ambas atividades de furacões e TG.

Em ambas hipóteses a TSM local exerce um papel direto no aumento da potência dos

furacões.

F

TSM

TSM

TG

FTG

Mudança climática : causalidade vai da TG à TSM do Atlântico.AMO: o contrário.

RESULTADOS PRELIMINARES

Correlação linear: 0,82 – probabilidade de 95% (0,75; 0,88).

A relação de causalidade (relação de causa e efeito) não pode ser avaliada apenas de correlação.

Testes de causalidade podem ser feitos determinando se uma série temporal é útil na previsão de outra.

Figura 3. Anomalias de TG e TSM no Atlântico Norte. Série temporal de agosto a outubro.

---- TG ---- TSM do Atlântico.

Testes de causalidade Granger

Procura superar as limitações do uso de simples correlações entre variáveis.

Testes estatísticos comparando dois conjuntos de modelos envolvendo valores defasados da variável previsora.

Uma variável é dita X causa-Granger Y se puder ser mostrado que um série temporal de X fornece uma

significante informação estatística sobre os valores futuros de Y.

Testes de causalidade Granger

Modelo reduzido: regressão de Y através de valores defasados dessa variável para determinar a máxima defasagem de Y.

Modelo completo: Y é regredido sobre valores defasados de Y e de X para a máxima defasagem.

O modelo completo é comparado com o modelo reduzido utilizando o teste F para verificar se valores defasados de X melhoram estatisticamente sobre o modelo reduzido.

Se houver uma significante melhora no Modelo Completo por adicionar uma váriavel X então é dito que X causa Granger Y.

Testes de causalidade Granger

Interesse na causalidade entre duas variáveis (X e Y) Definição de dois modelos estatísticos como:

Neste caso:

(1)

(2)

em que Yt (Xt) é o valor de Y(X) em um tempo t ;t e t são os resíduos dos modelos de regressão.Defasagem de 1 ano.

Testes de causalidade Granger

Dois testes separados com os resultados tomados juntamente, fornecendo indícios de causalidade.

1º teste: Previsão de TSM a partir de TG utilizando valores defasados de TSM e TG como previsores. TSM é a variável resposta

Neste caso:

2º teste: Previsão de TG a partir da TSM do Atlântico. TG é a variável resposta.

RESULTADOS

Modelo Resíduos Df Df Valor F Pr (> Valor F)Teste 1: TSM como resposta

Completo 1301 7,072 0,0088

Reduzido 131Teste 2: GT como resposta

Completo 1301 0,910 0,3419

Reduzido 131

Tabela 1: Testes de causalidade Granger (TG e TSM do Atlântico)

1º teste: Determina se TG adiciona alguma informação na previsão de um modelo de TSM no Atlântico. Valor de F (usado para decidir se um modelo como um todo tem

capacidade de previsão estatisticamente significante) é grande e significante (Pr=0,0088) indicando que valores defasados de TG são úteis na previsão de TSM.

2º teste: TSM num modelo de previsão de TG. F é pequeno e insignificante (Pr=0,3419) indicando que valores

defasados de TSM não são úteis na previsão de TG.

TG causa TSM no sentido Granger

RESULTADOS

Assim, espera-se que a TSM do Atlântico cause maior atividade dos furacões e que essa causalidade seja detectada no sentido Granger.

Análise dessa afirmação:

Utilização do procedimento anterior, considerando: índice de dissipação de energia (PDI) – como medida da

atividade de furacões no Atlântico. TSM do Atlântico.

RESULTADOSTabela 2: Testes de causalidade Granger (TSM e atividade dos furacões)

Modelo Resíduos Df Df Valor F Pr (> Valor F)

Teste 1: TSM como resposta

Completo 1301 1,278 0,2604

Reduzido 131

Teste 2: PDI como resposta

Completo 1301 4,306 0,0400

Reduzido 131

1º teste: Se PDI adiciona alguma informação na previsão de TSM. F pequeno (PDI não é útil na previsão de TSM)

2º teste: Se TSM adiciona informação na previsão de PDI. Valor de F é grande (TSM é útil na previsão de atividade

de furacão)

TSM no Atlântico causa atividade dos furacões e o contrário não é verdadeiro.

CONCLUSÕES

Relação direta entre mudanças climáticas e atividade dos furacões.

Teste de causalidade Granger: consistentes com a hipótese que, com as mudanças climáticas, a atmosfera causa o aquecimento dos oceanos e estes por sua vez, armazenam mais energia que é convertida em ventos dos furacões.

Esta relação entre mudanças climáticas e atividade de furacões não pode se estender a outras regiões de ciclones tropicais onde circulações oceânicas podem ter um papel dominante no aquecimento (e resfriamento) da superfície oceânica.

CONCLUSÕES

Importância do entendimento de como o clima modula a atividade dos furacões para a sociedade, principalmente em regiões costeiras.

O aumento da dissipação de potência dos furacões nas últimas décadas juntamente com os resultados deste trabalho sugerem motivo de preocupação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Emanuel, K. A. (2005), Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years, Nature, 436, 686– 688.

Folland, C. K., et al. (2001), Global temperature change and its uncertainties since 1861, Geophys. Res. Lett., 28, 2621– 2624.

Goldenberg, S. B., C. W. Landsea, A. M. Mestas-Nun˜ez, and W. M. Gray (2001), The recent increase in Atlantic hurricane activity: Causes and implications, Science, 293, 474– 479.

Pielke, R. A., Jr., C. Landsea, M. Mayfield, J. Laver, and R. Pasch (2005), Hurricanes and global warming, Bull. Am. Meteorol. Soc., 86, 1571– 1575.

Trenberth, K. (2005), Uncertainty in hurricanes and global warming, Science, 308, 1753–1754.

Trenberth, K., and D. J. Shea (2006), Atlantic hurricanes and natural variability in 2005, Geophys. Res. Lett., 33, L12704, doi:10.1029/ 2006GL026894.

Webster, P. J., G. J. environment, Science, 309, 1844– 1846.

Obrigada!