extremos intra-sazonais de temperatura na península antártica e

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFSICA E CINCIAS ATMOSFRICAS

DEPARTAMENTO DE CINCIAS ATMOSFRICAS

EXTREMOS INTRA-SAZONAIS DE TEMPERATURA NA PENNSULA ANTRTICA E MECANISMOS ATMOSFRICOS ASSOCIADOS

NATHALIE TISSOT BOIASKI

DISSERTAO DE MESTRADO

ORIENTADORA: PROF.DR. LEILA MARIA VSPOLI DE CARVALHO

SO PAULO

2007

NATHALIE TISSOT BOIASKI

EXTREMOS INTRA-SAZONAIS DE TEMPERATURA NA PENNSULA ANTRTICA E MECANISMOS ATMOSFRICOS ASSOCIADOS

Dissertao apresentada ao Instituto de Astronomia, Geofsica e Cincias Atmosfricas da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Mestre em Cincias. rea de concentrao: Meteorologia. Orientadora: Prof. Dr. Leila Maria Vspoli de Carvalho.

SO PAULO

2007

Aos meus pais, Arnaldo e Marion, com

admirao, amor e gratido.

AGRADECIMENTOS

Deus.

Meu especial agradecimento Prof Dr. Leila M. V. de Carvalho, por esta

oportunidade. Seus ensinamentos, dedicao so exemplos a serem seguidos. Sobretudo,

lembrarei sempre da sua amizade e carinho.

Aos meus pais pela formao moral, incentivo e pelo exemplo de vida, e as minhas

irms, Morgana e Vanessa, por estarem sempre ao meu lado me apoiando.

Com muito amor agradeo ao Jnatan D. Tatsch, por seu carinho, companheirismo,

apoio e incentivo que foram fundamentais nesta etapa da minha vida.

minha av Ruth e tia Marisa, pelo apoio e pelas palavras carinhosas que me

ajudaram a suportar a saudade.

minha sobrinha amada, Luiza Boiaski Brignol, que mesmo to pequenina, fez parte

do meu incentivo para a realizao da pesquisa.

minha cunhada e amiga Dada, por seu carinho, amizade e companheirismo.

Aos amigos do laboratrio GEM: Ana Elizabethe, Fbio, Flvio, Michel, Rodrigo e

Sebastian, pela amizade, auxlio e discusses que foram fundamentais no desenvolvimento da

pesquisa.

Aos amigos Candida, Marta e Ricardo Acosta, pelo carinho, companheirismo e pela

ajuda em diversas etapas da pesquisa.

Aos colegas de mestrado e professores do IAG, pelo conhecimento compartilhado.

Ao Departamento de Cincias Atmosfricas, pela oportunidade de realizao do curso de mestrado.

FAPESP pelo suporte financeiro desta pesquisa atravs do auxlio 05/52389-2.

Ao pessoal do suporte tcnico, secretrias e biblioteca, em especial ao Samuel,

Sebastio, Luciana, Rose, Bete e Rosa M. S. Santos.

Ao Prof. Dr. Edmilson Dias de Freitas, pela sua amizade e companheirismo.

A todos os amigos que de alguma forma ajudaram direta ou indiretamente no

desenvolvimento desta dissertao.

Suba o primeiro degrau com f. No necessrio que voc veja toda a escada. Apenas d o primeiro passo.

M. L. King

RESUMO

O clima na Antrtica tem um papel fundamental no balano de energia global. Estudos sugerem que a atividade convectiva tropical e a circulao estratosfrica exercem um papel importante sobre a circulao atmosfrica nos extratrpicos. A temperatura do ar uma varivel sensvel s mudanas na circulao, no entanto, ainda no foi investigada a importncia da escala intra-sazonal na sua variabilidade sobre a Antrtica. Neste trabalho estudou-se a variabilidade intra-sazonal da temperatura do ar a superfcie na regio da Pennsula Antrtica enfocando as interaes trpicos-extratrpicos e troposfera-estratosfera na modulao de eventos extremos de temperatura naquela regio. Foram utilizados dados dirios de estaes localizadas nos setores leste e oeste da Pennsula Antrtica no perodo de 1986-2002. A anlise espectral dos dados ressaltou a importncia da escala intra-sazonal na variabilidade da temperatura na Pennsula Antrtica, principalmente no perodo de inverno, primavera e vero. Baseado nestes resultados, os dados foram filtrados na escala intra-sazonal (banda de 20-100 dias) e posteriormente, obteve-se os extremos intra-sazonais frios e quentes para as trs estaes do ano, atravs dos quartis da distribuio dos dados. Os eventos extremos intra-sazonais de temperatura (EIT) foram mais intensos no inverno e mais fracos no vero. As caractersticas da circulao atmosfrica intra-sazonal associada aos EIT foram obtidas atravs de composies defasadas das anomalias intra-sazonais da altura geopotencial em 200 hPa, vento zonal em 200 hPa e vento meridional em 850 hPa. Nas trs estaes do ano, observou-se nos eventos extremos intra-sazonais frios (EIF) a persistncia de anomalias ciclnicas em altos nveis, a diminuio da intensidade do jato polar e uma adveco de ar frio em baixos nveis sobre a regio de estudo. Uma situao oposta foi verificada nos eventos extremos intra-sazonais quentes (EIQ). De forma geral, observou-se um trem de ondas entre latitudes mdias e altas no Hemisfrio Sul (HS) durante os EIT, particularmente no inverno e primavera. Esta configurao mostrou-se semelhante a tele-conexo conhecida como Pacfico-Sul Americano (PSA). O papel do modo anular do HS sobre os EIT foi analisado atravs do clculo de Funes Ortogonais Empricas das anomalias intra-sazonais da altura geopotencial em 700 hPa ao sul de 20S. Sua estrutura foi mais intensa (mais fraca) nos EIF (EIQ) de inverno sobre a regio de estudo. A interao troposfera-estratosfera no controle dos EIT foi investigada atravs do Fluxo Eliassen-Palm. Nas composies das anomalias intra-sazonais deste fluxo (EPIS), observou-se durante os EIF (EIQ) de inverno, um aumento da atividade de onda da baixa estratosfera (alta troposfera) para a alta troposfera (baixa estratosfera) sobre a regio de estudo, associado diminuio (aumento) da intensidade do jato polar. Na primavera, a atividade de onda foi mais intensa e verificou-se uma mudana na direo do fluxo EPIS quando comparado com os EIT de inverno. O fluxo EPIS e as anomalias intra-sazonais do vento zonal foram mais fracos no vero. As anomalias intra-sazonais da circulao atmosfrica e da atividade de onda na troposfera e estratosfera foram observadas por cerca de 10 dias antes da observao dos EIT de inverno. Portanto, a atividade intra-sazonal nos extratrpicos e as interaes troposfera-estratosfera so fatores relevantes para um melhor entendimento da variabilidade da temperatura sobre a Pennsula Antrtica.

ABSTRACT

The Antarctic climate plays a significant role for the global energy budget. Previous studies suggest that interactions tropics-extratropics and the dynamics of the stratosphere are important factors to understand climate variations in the extratropics. The air temperature near surface responds to changes in circulation in low and upper levels. However, no previous studies have objectively investigated the importance of intraseasonal variations in modulating temperature around the Antarctica Peninsula. The present study examines intraseasonal extreme anomalies of near surface air temperature in the Antarctica Peninsula, and investigates interactions tropics-extratropics and troposphere-stratosphere. Daily temperature data from stations located east and west of the Antarctica Peninsula during 1986-2002 are investigated. Spectral analyses indicate that intraseasonal anomalies in temperature records are statistically significant during summer, winter and spring in all stations. Based on these results, temperatures are band-filtered on intraseasonal timescales (20-100 days) and extreme anomalies are investigated in each season (spring, summer and winter) based on the quartiles of the distributions. Intraseasonal extreme temperature (IET) anomalies are more intense during winter than during summer. Variations in the atmospheric circulation during IET are investigated by performing composites of intraseasonal anomalies of the geopotential height in 200hPa, zonal wind in 200hPa and meridional wind in 850hPa. During the three seasons, cold IET are associated with persistent upper level cyclonic anomalies, easterly anomalies of the polar jet and cold advection in low levels over the Peninsula. Opposite features are observed during warm IET. An extratropical wave-train is observed during all IET with stronger intensity during winter and spring. This feature resembles the Pacific South American (PSA) teleconnection pattern. The Southern Hemisphere Annular mode during the IET, identified as the first Empirical Orthogonal Function (EOF) of the intraseasonal 700hPa geopotential height anomalies poleward of 20oS, is more intense (weak) during cold (warm) IET events during winter. The stratosphere-troposphere interaction during IET events was examined with composites of the Eliassen-Palm Flux intraseasonal anomalies (EPIS). During spring, the wave activity is more intense and the EPIS direction is opposite to winter. During summer, EPIS are weak. Intraseasonal anomalies in the circulation and the wave activity in the troposphere and stratosphere lead the IET during winter in about 10 days. Therefore, the intraseasonal activity in the extratropics and the interactions stratosphere-troposphere are important factors for a complete understanding of the temperature variability over the Antarctica Peninsula.

i

SUMRIO LISTA DE FIGURAS iii

LISTA DE TABELAS x

LISTA DE ABREVIATURAS xi

Captulo 1: Introduo 1

1.1 O papel da Antrtica no clima global .....................................................................1

1.2 Variabilidade climtica na Antrtica .....................................................................4

1.2.1 Oscilao intra-sazonal tropical: Oscilao Madden-Julian (OMJ) ................9

1.3. Mudanas climticas e a Antrtica ......................................................................10

1.4. Objetivo do trabalho .............................................................................................11

Captulo 2: Variabilidade da temperatura do ar na Pennsula Antrtica 13

2.1. Caracterizao do clima na Pennsula Antrtica ...............................................13

2.2. Descrio dos dados e das estaes meteorolgicas utilizadas ..........................16

2.3. Variaes da temperatura do ar na regio..........................................................21

2.4. Extremos de temperatura .....................................................................................25

2.5. Anlise espectral dos dados ..................................................................................26

Captulo 3: Extremos intra-sazonais de temperatura na Pennsula Antrtica 33

3.1 Filtragem dos dados ...............................................................................................33

3.2. Eventos extremos intra-sazonais de temperatura (EIT) ....................................36

3.2.1. Variabilidade interanual dos EIT: relao com o El Nio-Oscilao Sul .....45

3.3. Variaes intra-sazonais da circulao atmosfrica associada aos EIT ...........51

3.3.1. Inverno.................................................................................................................51

3.3.2. Primavera ............................................................................................................60

3.3.3. Vero....................................................................................................................67

ii

3.3.4. Comparao entre os casos com intensidades e persistncias extremas e

prximas da mediana ...................................................................................................74

3.4. Variaes intra-sazonais da atividade convectiva nos trpicos e os EIT .........79

3.5. Variaes intra-sazonais na estrutura da AAO: relao com os EIT ...............83

Captulo 4: Interao troposfera-estratosfera e os EIT na Pennsula Antrtica 88

4.1. A atividade de onda e a interao com o fluxo zonal mdio ..............................89

4.1.1. O Fluxo Eliassen-Palm (EP) ..............................................................................89

4.1.2. Comparao entre a climatologia da temperatura, circulao e da atividade

de onda entre troposfera - estratosfera ......................................................................90

4.2. Anomalias intra-sazonais do Fluxo EP e os EIT.................................................94

4.2.1. Inverno.................................................................................................................95

4.2.2. Primavera ............................................................................................................98

4.2.3. Vero..................................................................................................................101

4.3. Consideraes gerais ...........................................................................................104

Captulo 5: Concluses e sugestes para trabalhos futuros 105

Referncias Bibliogrficas 109

Apndice A: Diferena entre duas propores 115

Apndice B: Funes Ortogonais Empricas (EOF) 117

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. 1. Mapa orogrfico da Antrtica. O intervalo dos contornos de 500m (Turner e

Pendlebury 2004)................................................................................................................2

Figura 1. 2. (a) Modelo conceitual da circulao troposfrica sobre a Antrtica. Ventos

catabticos em superfcie esto em equilbrio com a convergncia em altitude e a

subsidncia sobre o continente, que sustenta uma circulao ciclnica em nveis mdios

(King e Turner, 1997, p.163). (b) Divergncia em superfcie resulta em ventos

catabticos que adquirem forte componente de leste prximo costa (King e Turner,

1997, p.94)..........................................................................................................................2

Figura 1. 3. Esquema representando a circulao atmosfrica na regio da Antrtica,

destacando a alta presso sobre o continente e a regio de baixa presso circumpolar

prxima latitude de 66S (Adaptada de Australian Antarctic Division)..........................3

Figura 1. 4. Concentrao mdia do gelo marinho antrtico baseado na climatologia do

perodo de 1978-2002, para os meses de (a) fevereiro, perodo de concentrao mnima

de gelo e (b) setembro, perodo de mxima concentrao de gelo (Adaptada de National

Snow and Ice Data Center NSIDC, 2004).......................................................................4

Figura 1. 5. Padres de tele-conexo obtidos pelas anomalias do vento zonal em 200 hPa

(U200) durante os eventos negativos (acima), positivos (centro) da AAO e a diferena

entre os dois campos (abaixo). Figura extrada de Carvalho et al. 2005............................8

Figura 2. 1. Mapa da Pennsula Antrtica localizando as estaes de pesquisas utilizadas

neste estudo (pontos em laranja). Imagem obtida pelo google earth. ..............................14

Figura 2. 2. Desenvolvimento dos ventos de barreira (adaptado de King e Turner, 1997,

p.282)................................................................................................................................15

Figura 2. 3. Trajetrias dos fluxos inerciais originrios dos ventos de barreira, ao ultrapassar

o extremo norte da Pennsula Antrtica. Velocidade inicial estimada em 20 m s-1

. A

trajetria a representa o fluxo de ar sem atrito; b e c representam trajetrias com atrito

fraco e forte, respectivamente (adaptado de Schwerdtfeger, 1984, p.108). .....................15

Figura 2. 4. Mapa da Ilha Rei George, localizando algumas estaes utilizadas neste estudo

(adaptada de Turner e Pendlebury 2004)..........................................................................18

iv

Figura 2. 5. Dendrograma gerado a partir das distncias euclidianas (DE) das sries dirias da

temperatura do ar entre as estaes da Pennsula Antrtica. ............................................19

Figura 2. 6. Distribuio de freqncia da temperatura mdia diria em cada ms para: (a)

Arturo e (b) Marambio. A caixa (box) em verde representa o intervalo inter-quartlico

(25%-75%) e os pontos conectados dentro do box, a mediana. A barra em azul representa

os valores mnimos e mximos.........................................................................................22

Figura 2. 7. Anemograma climatolgico para as estaes (a) Arturo e (b) Marambio. Os

dados de vento foram obtidos no NSIDC. ........................................................................23

Figura 2. 8. Temperaturas mdias anuais para Arturo (linha slida) e Marambio (linha

tracejada) e suas respectivas tendncias em C/ano, obtidas por regresso linear das

sries de dados. .................................................................................................................24

Figura 2. 9. Variao da temperatura mdia anual em C da estao Marambio (linha preta) e

da extenso mdia anual do gelo marinho em Km2 na regio do mar de Weddell (linha

azul), no perodo de 1991 a 2002. Tambm so mostrados os valores das tendncias de

cada varivel, que em ambos os casos foram significativos ao nvel de 99%. Os dados de

gelo marinho foram obtidos no NSIDC. ...........................................................................25

Figura 2. 10. Funo taper - split-cosine-bell aplicada em 10% nas extremidades das sries

de temperatura para evitar descontinuidades no final das mesmas (como exemplo, o

trimestre de inverno JJA)...............................................................................................29

Figura 2. 11. Demonstrao da aplicao dos pesos da funo taper nas anomalias de

temperatura (como exemplo, o inverno de 1986 da estao Arturo)................................30

Figura 2. 12. Densidade espectral mdia (linha azul) da temperatura do ar, calculada para a

estao Arturo durante: (a) inverno, (b) primavera, (c) vero e (d) outono. As linhas

vermelhas e verdes (verdes tracejadas) correspondem ao rudo vermelho e o nvel de

significncia de 95% (90%), respectivamente..................................................................31

Figura 2. 13. Idem a Fig. 2.12, mas para a estao Marambio................................................32

Figura 3. 1. Comparao entre as sries das anomalias intra-sazonais (vermelho) e totais

(azul) de temperatura das estaes Arturo (a) e Marambio (b) no perodo de 1986-2002.

..........................................................................................................................................35

Figura 3. 2. Correlao entre as anomalias intra-sazonais de temperatura em Arturo

(ordenada) e Marambio (abscissa)....................................................................................36

Figura 3. 5. Distribuio de freqncia da persistncia dos eventos intra-sazonais frios (EIF)

e quentes (EIQ) em Arturo para o perodo de inverno (a), primavera (b) e vero (c). A

v

caixa (box) em verde representa o intervalo inter-quartlico (25%-75%) e o ponto verde,

a mediana (median). Os pontos discrepantes (outliers) so valores a 1,5 vezes a altura

do box e os extremos (extremes) so pontos onde os valores so a 3,0 vezes a altura do

box. ...................................................................................................................................44

Figura 3. 6. Idem a Figura 3.5, mas para a estao Marambio................................................45

Figura 3. 7. Variabilidade interanual da frequncia dos eventos extremos intra-sazonais frios

(EIF) e quentes (EIQ) durante o inverno (a), primavera (b) e vero (c) para Arturo. Os

pontos em azul (vermelho) representam os anos de episdios La Nia (El Nio) do

ENOS obtidos pelo CPC/NCEP. ......................................................................................47

Figura 3. 8. Idem a Figura 3.7, mas para a estao Marambio................................................48

Figura 3. 11. Composies defasadas de anomalias intrasazonais do geopotencial (mgp) em

200 hPa durante os eventos extremos intrasazonais: (a) frios (EIF) e (b) quentes (EIQ) no

inverno em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam valores

positivos (negativos). As reas destacadas em vermelho (azul) so para os valores

positivos (negativos) estatisticamente significativos ao nvel de 95%, baseado no teste t-

Student. O intervalo dos contornos de 10 mgp..............................................................53

Figura 3. 12. Idem a Fig. 3.11, mas para Marambio (Pennsula leste)....................................54

Figura 3. 13. (a) EOF1 e (b) EOF2 da funo corrente turbulenta em 200 hPa durante o

inverno austral. (c) Correlaes defasadas entre a PC1 e PC2 das anomalias totais

(crculo em branco) e da srie temporal filtrada na banda intra-sazonal (10-90 dias)

(crculo em preto). Figura extrada de Mo e Higgins (1998)............................................55

Figura 3. 14. Composies defasadas de anomalias intrasazonais do vento zonal (m/s) em





Student. O intervalo dos contornos de 1 m/s. ................................................................56


Figura 3. 16. Composies defasadas de anomalias intrasazonais do vento meridional (m/s)

em 850 hPa durante os eventos extremos intrasazonais: (a) frios (EIF) e (b) quentes

(EIQ) no inverno em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam

valores positivos (negativos). As reas destacadas em vermelho (azul) so para os

valores positivos (negativos) estatisticamente significativos ao nvel de 95%, baseado no

teste t-Student. O intervalo dos contornos de 1 m/s. .....................................................58

vi



200 hPa durante os eventos extremos intrasazonais: (a) frios (EIF) e (b) quentes (EIQ) na

primavera em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam valores






200 hPa durante os eventos extremos intrasazonais: (a) frios (EIF) e (b) quentes (EIQ) na

primavera em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam valores







(EIQ) na primavera em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas)

indicam valores positivos (negativos). As reas destacadas em vermelho (azul) so para

os valores positivos (negativos) estatisticamente significativos ao nvel de 95%, baseado

no teste t-Student. O intervalo dos contornos de 1 m/s. ................................................65




vero em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam valores







vero em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam valores


vii






(EIQ) no vero em Arturo (Pennsula oeste). As linhas contnuas (tracejadas) indicam

valores positivos (negativos). As reas destacadas em vermelho (azul) so para os

valores positivos (negativos) estatisticamente significativos ao nvel de 95%, baseado no

teste t-Student. O intervalo dos contornos de 1 m/s. .....................................................72


Figura 3. 30. Composies das anomalias intrasazonais do vento zonal (m/s) em 200 hPa

para os casos: (a) abaixo do percentil de 10% e (b) acima do percentil de 90% das

anomalias intra-sazonais de temperatura no inverno em Arturo. As figuras (c-e)

representam os EIQ em Arturo com persistncia abaixo do percentil 25%, igual ao

percentil de 50% e acima do percentil de 75%, respectivamente. As linhas contnuas

(tracejadas) indicam valores positivos (negativos). As reas destacadas em vermelho

(azul) so para os valores positivos (negativos) estatisticamente significativos ao nvel de

95%, baseado no teste t-Student. O intervalo dos contornos de 1 m/s. .........................75

Figura 3. 31. Idem a Fig. 3.30, mas para a primavera. ............................................................77

Figura 3. 32. Idem a Fig. 3.30, mas para o vero. ...................................................................78

Figura 3. 33. Composies defasadas de anomalias intrasazonais de radiao de onda longa

(W/m) durante os eventos extremos intrasazonais: (a) frios (EIF) e (b) quentes (EIQ) no




Student. O intervalo dos contornos de 2 W/m..............................................................80

Figura 3. 34. Idem a Fig. 3.33, mas para a primavera. ............................................................81

Figura 3. 35. Idem a Fig. 3.33, mas para o vero. ...................................................................82

Figura 3. 36. Coeficiente de regresso das anomalias dirias da altura geopotencial em 700

hPa na EOF-1. Este modo explica cerca de 26% da varincia total dos dados (Figura

obtida em Carvalho et al. 2005). ......................................................................................84

Figura 3. 37. Correlao entre as anomalias de H700IS e a EOF-1 obtida para os EIF (a) e os

EIQ (b), no inverno em Arturo. A varincia explicada pela EOF-1 est indicada no topo

de cada figura....................................................................................................................85

viii

Figura 3. 38. Idem a Fig. 3.37, mas para Marambio. ..............................................................85


EIQ (b), na primavera em Arturo. A varincia explicada pela EOF-1 est indicada no

topo de cada figura. ..........................................................................................................86

Figura 3. 40. Idem a Fig. 3.39, mas para Marambio. ..............................................................86


EIQ (b), no vero em Arturo. A varincia explicada pela EOF-1 est indicada no topo de

cada figura. .......................................................................................................................87

Figura 3. 42. Idem a Figura 3.41, mas para Marambio. ..........................................................87

Figura 4. 1. Climatologia do vetor EP (1011 kg m s-2) e do vento zonal (m/s) na alta troposfera

e baixa estratosfera para o inverno (a), primavera (b), vero (c) e outono (d), no perodo

de 1979-2005. O vetor EP em 150 hPa foi multiplicado por 10-1 devido as diferenas de

magnitude entre a troposfera e estratosfera. Os vetores EP foram escalados tal que

),( zy FcFF a , onde c = 0,0091, como descrito em Palmer (1981)................................92

Figura 4. 2. Climatologia da temperatura do ar (C) na baixa estratosfera (em 50 hPa),

durante o inverno (a), primavera (b), vero (c) e outono (d), obtida por reanlises do

NCEP-NCAR no perodo de 1979-2005. ..........................................................................93

Figura 4. 3. Idem a Fig. 4.2, mas para alta troposfera (em 200 hPa). .....................................94

Figura 4. 4. Composies defasadas das anomalias intra-sazonais do vetor EP (1011 kg m s-2)

e do vento zonal (m/s) na alta troposfera e baixa estratosfera para os EIF (a) e EIQ (b),

durante o inverno em Arturo. O vetor EP em 150 hPa foi multiplicado por 10-2 devido as

diferenas de magnitude entre a troposfera e estratosfera. Os vetores EP foram escalados

como na Fig 4.1. ...............................................................................................................96

Figura 4. 5. Idem a Fig. 4.4, mas para a estao Marambio....................................................97



durante a primavera em Arturo. O vetor EP em 150 hPa foi multiplicado por 10-2 devido

as diferenas de magnitude entre a troposfera e estratosfera. Os vetores EP foram

escalados como na Fig 4.1................................................................................................99

Figura 4. 7. Idem a Fig. 4.6, mas para Marambio. ................................................................100



ix

durante o vero em Arturo. O vetor EP em 150 hPa foi multiplicado por 10-2 devido as

diferenas de magnitude entre a troposfera e estratosfera. Os vetores EP foram escalados

como na Fig 4.1. .............................................................................................................102

Figura 4. 9. Idem a Fig. 4.8, mas para Marambio. ................................................................103

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 2. 1. Estaes utilizadas neste estudo com suas respectivas elevaes, latitude,

longitude, perodo de dados disponveis e porcentagem de dados faltantes no perodo

1986-2002.........................................................................................................................17

Tabela 2. 2. Anlise do coeficiente linear de correlao de Pearson entre as sries temporais

das estaes da Pennsula Antrtica. ................................................................................20

Tabela 2. 3. Mdia, desvio padro e tendncia da temperatura mdia anual nas estaes

Arturo e Marambio. Valor em negrito: significativo ao nvel de 95%.............................21

Tabela 2. 4. Anlise sazonal da tendncia na temperatura mdia anual nas estaes Arturo e

Marambio. Valores em negrito: significativos ao nvel de 90%. .....................................24

Tabela 2. 5. Anlise sazonal dos extremos frios (q25) e quentes (q75) nas estaes Arturo e

Marambio. ........................................................................................................................26

Tabela 3. 1. Data do primeiro dia de cada evento intra-sazonal frio (EIF) e quente (EIQ) e

suas respectivas persistncias, em ordem de ocorrncia (N), para as estaes Arturo e

Marambio, durante o inverno austral................................................................................41

Tabela 3. 2. Idem a tabela 3.1, mas para a primavera austral. .................................................42

Tabela 3. 3. Idem a tabela 3.1, mas para o vero austral. ........................................................43

Tabela 3. 4. Nmero de eventos El Nio, La Nia e neutros do ENOS, observados em cada

estao do ano durante 1986-2002. ..................................................................................49

xi

LISTA DE ABREVIATURAS

HS Hemisfrio Sul

AAO Antarctic Oscillation

EOF Empirical Orthogonal Function

HN Hemisfrio Norte

AO Artic Oscillation

ENOS El Nio- Oscilao Sul

EN El Nio

OS Oscilao Sul

TSM Temperatura da superfcie do mar

PSA Pacific-South American

PNA Pacific-North American

OI Oscilao Intra-sazonal

OMJ Oscilao Madden-Julian

EIT Eventos extremos intra-sazonais de temperatura

EIF Eventos intra-sazonais frios

EIQ Eventos intra-sazonais quentes

NSIDC National Snow and Ice Data Center

DE Distncia Euclidiana

q75 quartil superior

q25 quartil inferior

FFT Fast Fourier Transform

CPC Climate Prediction Center

NCEP National Centers for Environmental Prediction

NCAR National Center for Atmospheric Research

1

Captulo 1: Introduo

1.1 O papel da Antrtica no clima global

A atmosfera terrestre uma grande mquina de calor, impulsionada pela diferena no

balano de energia, positivo no equador e negativo nos plos. A circulao geral da atmosfera

organiza-se de forma a distribuir esta energia por todo o globo.

O continente antrtico o grande sumidouro de calor do Hemisfrio Sul (HS),

devido seu balano de radiao deficitrio, exercendo controle sobre a circulao atmosfrica

em mdias e altas latitudes. A imensa massa de gelo permanente, com temperaturas que

variam entre 30C e 70C no seu interior, induz a formao de um centro de alta presso

sobre o continente. Em funo da altitude do domo de gelo, superando 4000 m no plat

Antrtico (Figura 1.1), esta circulao gera fortes e persistentes ventos catabticos, que

conduzem ar frio do interior do continente em direo costa (Figura 1.2a). O efeito

catabtico, aliado ao gradiente negativo de presso da escala global, devido Coriolis, resulta

em ventos de leste praticamente constantes prximo costa (Figura 1.2b) (King e Turner,

1997).

Em altitude, a orografia assimtrica do continente com relao ao plo geogrfico d

origem s ondas de Rossby, que afetam a circulao de latitudes mdias ao propagarem-se

para o norte. Esta ondulao modulada pela corrente de jato polar, que marca o

posicionamento da Frente Polar e serve de condutora para os sistemas meteorolgicos

transientes, promovendo a troca de massas de ar subtropicais e polares. Estes sistemas so

ciclones e anticiclones extratropicais migratrios, que evoluem ao redor do continente

antrtico. Esta regio, em latitude mdia de aproxidamente 66S, configura a Baixa Presso

Circumpolar (Figura 1.3). Caracteriza-se pela convergncia do ar frio vindo do continente

2

com o ar quente vindo de latitudes mais baixas, sendo a regio do planeta com maior

quantidade de nuvens (cobertura mdia de 6/8 a 8/8) (King e Turner, 1997).

Figura 1. 1. Mapa orogrfico da Antrtica. O intervalo dos contornos de 500m (Turner e Pendlebury 2004).

Figura 1. 2. (a) Modelo conceitual da circulao troposfrica sobre a Antrtica. Ventos catabticos em superfcie esto em equilbrio com a convergncia em altitude e a subsidncia sobre o continente, que sustenta uma circulao ciclnica em nveis mdios (King e Turner, 1997, p.163). (b) Divergncia em superfcie resulta em ventos catabticos que adquirem forte componente de leste prximo costa (King e Turner, 1997, p.94).

3

Figura 1. 3. Esquema representando a circulao atmosfrica na regio da Antrtica, destacando a alta presso sobre o continente e a regio de baixa presso circumpolar prxima latitude de 66S (Adaptada de Australian Antarctic Division).

O estado mdio da atmosfera, chamado de clima, determinado pela emisso da

radiao solar, rotao da Terra e caractersticas orbitais, composio da atmosfera, e

interaes entre a atmosfera e os outros componentes do sistema terrestre que determinam os

fluxos de massa, energia e momentum na superfcie da Terra, como os oceanos e a criosfera.

Estes componentes contribuem para a inrcia trmica do sistema climtico. Se no fosse pelo

grande armazenamento de calor no oceano e criosfera durante o vero, e a liberao deste

calor no inverno seguinte, as variaes sazonais na temperatura sobre continentes em mdia e

altas latitudes seriam maiores que o observado.

Os oceanos por conta das correntes geradas pelos ventos e da circulao termohalina

gerada pelas diferenas de densidade transportam guas relativamente frias para o equador e

calor para os plos. No Oceano Sul, a circulao ocenica governada pelos ventos de oeste

em superfcie, chamada de Corrente Circumpolar Antrtica (localizada ao longo de 55S,

latitude da passagem de Drake que separa a Antrtica e a Amrica do Sul), modera as

temperaturas nas regies costeiras em altas latitudes do HS.

A criosfera contribui para a refletividade ou albedo da Terra, influencia a circulao

termohalina e armazena quantidade significativa de gua influenciando o nvel do mar global.

A rea continental da Antrtica representa cerca de 2,7 % rea da superfcie da Terra (contra

0,35 % da Groenlndia) (Wallace e Hobbs 2006). Sua superfcie coberta de gelo e contm

4

cerca de 90 % da gua doce do mundo. A presena de gelo marinho ao redor da Antrtica tem

efeito significativo na interao oceano-atmosfera, seja na troca de calor, transferncia de

vapor dgua para a atmosfera ou no balano de radiao solar recebida e refletida (Ferron,

1999). A extenso do gelo varia sazonalmente (Figura 1.4), atingindo a mxima em setembro

(18,8 milhes de km2) e a mnima em fevereiro (3,6 milhes de km

2), o que resulta numa

variao (15,2 milhes de km2) que supera a prpria rea do continente (14 milhes de km

2)

(Ferron, 1999).

Figura 1. 4. Concentrao mdia do gelo marinho antrtico baseado na climatologia do perodo de 1978-2002, para os meses de (a) fevereiro, perodo de concentrao mnima de gelo e (b) setembro, perodo de mxima concentrao de gelo (Adaptada de National Snow and Ice Data Center NSIDC, 2004). 1.2 Variabilidade climtica na Antrtica

As variaes de longo prazo ou mudanas no estado mdio da atmosfera, dentro de um

mesmo intervalo de tempo, so referidas como variabilidade climtica. Estas variaes podem

ser geradas por processos internos na atmosfera, processos acoplados com outros

componentes do sistema terrestre (como os oceanos e a criosfera) e por forantes externas

(como a variabilidade solar, erupes vulcnicas ou mudanas na composio atmosfrica

induzida pela atividade humana) (Wallace e Hobbs 2006).

Muitos padres de variabilidade climtica (algumas vezes referidos como modos)

identificados no HS apresentam sinais robustos no continente Antrtico. A Oscilao

Antrtica (Antarctic Oscillation - AAO), tambm conhecida como modo anular de altas

latitudes do Hemisfrio Sul, um dos mais importantes modos de variabilidade nas mdias e

altas latitudes do HS. A AAO foi originalmente identificada por Walker (1928) como as

(a) (b)

5

mudanas de presso observadas num cinturo de presso que atravessa o Chile e Argentina,

com sinais opostos sobre os mares de Weddell e Bellingshausen. Muitos estudos subseqentes

determinaram que a AAO uma flutuao zonal de presso e geopotencial entre latitudes

mdias e altas do HS (Gong e Wang 1999; Thompson e Wallace, 2000; Carvalho et al. 2005).

A AAO pode ser objetivamente caracterizada atravs da anlise de funes ortogonais

empricas (Empirical Orthogonal Function EOF) na anomalia da altura geopotencial em

700hPa. A fase positiva da primeira componente principal (ou ndice da AAO) consiste em

anomalias negativas na altura geopotencial sobre a Antrtica e prximo aos oceanos austrais

em altas latitudes e anomalias positivas da altura geopotencial ao norte de 50S. Gong e Wang

(1999) descobriram que a AAO existe durante todo o ano na troposfera, mas se amplifica com

a altura em direo estratosfera em certas pocas do ano ou estaes ativas (Thompson e

Wallace 2000). Estes autores mostram ainda que a estao ativa no HS no final da

primavera austral e que a AAO parece modular a intensidade da circulao mdia na baixa

estratosfera, a altura da coluna de oznio e a altura da tropopausa sobre latitudes mdias e

altas. Alm disso, a tendncia da AAO em dcadas recentes para a fase positiva da oscilao

(e.g., Thompson et al. 2000) est associada ao aumento dos ventos de oeste em latitudes

mdias e s condies frias sobre a maior parte da Antrtica, exceto sobre a Pennsula, onde

torna-se mais quente devido a adveco de ar dos mares a oeste. As razes para estas

mudanas esto sob discusso, mas j se sabe que o aumento na concentrao dos gases estufa

e a diminuio do oznio estratosfrico so fatores importantes que afetam a AAO (Turner,

2004). Esta oscilao tem uma contraparte no Hemisfrio Norte (HN) chamada de Artic

Oscillation (AO). A variabilidade sazonal dos modos anulares e a conexo troposfera - baixa

estratosfera tem algumas implicaes. Thompson et al. (2002) mostraram evidncias que

anomalias de baixas (altas) temperaturas do ar em superfcie durante o inverno e o aumento na

freqncia de ocorrncia de extremos frios (quentes) sobre algumas regies continentais no

HN estariam relacionadas ao enfraquecimento (intensificao) do vrtice polar estratosfrico

durante o inverno no HN. No entanto, ainda no foram investigadas as conseqncias da

relao entre a AAO e a estratosfera para o clima e tempo de mdias e altas latitudes do HS.

A variabilidade acoplada mais proeminente envolvendo atmosfera-oceano como

conhecido como ENOS, o qual se refere ao fenmeno El Nio (indicado por um padro de

anomalias positivas da temperatura da superfcie do mar no Pacfico equatorial) e a Oscilao

Sul (indicado por um padro de anomalias da presso ao nvel do mar em Darwin na Austrlia

e no Taiti). Ambas as sries temporais de El Nio (EN) e Oscilao Sul (OS) (no mostradas)

6

revelam um forte acoplamento entre a atmosfera e oceano na escala interanual. As fases do

ENOS tm impactos na circulao global, em particular na posio e intensidade dos jatos

subtropicais em altos nveis em ambos os hemisfrios (e.g., Karoly 1989; Chen et al. 1996;

Kiladis e Mo, 1998).

A relao entre ENOS e Antrtica foi discutida por Turner (2004), ao analisar as

anomalias de altura geopotencial em 500 hPa durante o inverno do HS. O autor verificou que

em anos de El Nio (La Nia) anomalias positivas (negativas) de geopotencial so observadas

no Pacfico Sul, prximo ao continente Antrtico, causando um aumento (diminuio) da

temperatura mdia da camada sobre esta regio. Chen et al. (1996) mostraram que o jato

subtropical mais intenso durante eventos quentes do ENOS, com o jato polar mais intenso

durante eventos frios ou neutros.

A AAO proporciona uma forma de acoplamento entre o clima antrtico com o clima de

latitudes mais baixas. Portanto, variaes no ENOS podem tambm afet-la (Carvalho et al.

2005). A fase negativa (positiva) da AAO durante o vero austral est associada com padres

de temperatura da superfcie do mar (TSM), conveco e anomalias de circulao que se

assemelham fase El Nio (La Nia) do ENOS (Carvalho et al. 2005).

Muitos trabalhos mostram tele-conexes (i.e., correlaes estatisticamente

significativas entre parmetros meteorolgicos em regies remotas) entre as condies

atmosfricas no Pacfico tropical e latitudes extratropicais. Hoskins e Karoly (1981), por meio

de uma investigao terica, mostraram que regies de conveco profunda prxima ao

equador podem gerar ondas de Rossby, atravs da vorticidade gerada por aquecimento

diabtico. Estas ondas movem-se em direo aos plos em ambos os hemisfrios, e

proporcionam uma forma de tele-conexo entre ENOS e o clima de mdias latitudes. Karoly

(1989) relatou que um trem de ondas observado durante o inverno austral em anos de El

Nio. Este trem de ondas afeta as condies sinticas sobre a regio sul da Amrica do Sul,

bem como a Pennsula Antrtica (Harangozo, 2000). Os padres de tele-conexo em

anomalias mensais da presso ao nvel do mar e altura geopotencial em 500 hPa no HS foram

investigados por Mo e White (1985). Carvalho et al. (2005), examinaram os padres de tele-

conexo nas anomalias do vento zonal em 200 hPa (U200) relacionados com as fases opostas

da AAO. Os autores escolheram U200, pois os jatos de oeste podem atuar como guias de

ondas de Rossby (Hoskins e Ambrizzi 1993), direcionando a propagao das ondas para

regies geogrficas preferenciais (Ambrizzi et al. 1995) e, assim, fornecendo uma melhor

interpretao dos padres de tele-conexo entre trpicos-extratrpicos. De acordo com a

7

Figura 1.5. obtida em Carvalho et al. (2005), observa-se que o padro de tele-conexo

simtrico zonalmente nos subtrpicos (altas latitudes), com mximo negativo em aprox. 45S

(60S), est relacionado ao jato subtropical (polar) no HS. Para as fases negativas da AAO

(Figura. 1.5, acima), as caractersticas subtropicais esto mais deslocadas para o equador do

que durante as fases positivas, visto que as caractersticas em altas latitudes esto mais fracas

(exceto nas regies centradas em 180 e 100W). Outra notvel diferena observada prxima

costa sudeste da Amrica do Sul (Fig. 1.5, abaixo), que juntamente com estas duas regies

de mxima mencionadas anteriormente, sugerem a trajetria preferencial de propagao dos

trens de onda em latitudes mdias observados no vero austral (Carvalho et al. 2004). As

fases positivas da AAO (Fig. 1.5, centro) esto associadas com um deslocamento para o plo

das caractersticas subtropicais e uma intensificao das caractersticas em altas latitudes. Em

suma, o padro de tele-conexo observado na Fig. 1.5 sugere modificaes na posio e

intensidade do jato subtropical e assim as ondas de Rossby podem propagar para o plo

seguindo os guias de onda e tomando trajetos descritos em Hoskins e Ambrizzi (1993).

Mo e Ghil (1987), investigando a circulao de inverno no HS, detectaram atravs da

terceira EOF das anomalias da altura geopotencial em 500 hPa, um padro de anomalias anti-

ciclnicas sobre o Pacfico Central associado a anomalias ciclnicas no Pacfico Sul e

anomalias anti-ciclnicas centradas na Pennsula Antrtica. Este padro foi denominado

Pacfico/Sul Americano (PSA) por ser anlogo aos trs centros do padro de tele-conexo

Pacfico/Norte Americano observado na Amrica do Norte por Wallace e Gutzler (1981).

Posteriormente, Ghil e Mo (1991b), Mo e Higgins (1998) entre outros, encontraram dois

modos de baixa freqncia, no qual so conhecidos como os modos do padro do PSA (PSA1

e PSA2) e so caracterizados por dois padres de nmeros de onda trs em quadratura entre si

(i.e., defasados 90 graus entre si) e por trens de ondas bem definidos estendendo do Pacfico

central ao continente sul Americano. Os modos foram obtidos por EOFs das anomalias de

altura geopotencial em 500 hPa ou funo corrente em 200 hPa e so observados nas bandas

interanual (Kidson 1988; Mo e Paegle 2001) e intra-sazonal (Kidson 1991; Ghil e Mo 1991;

Mo e Higgins 1998; Mo e Paegle 2001). Ambos os modos do PSA so padres de tele-

conexo no HS (Mo e White 1985). Alm disso, Grimm e Silva-Dias (1995) encontraram que

a reposta das ondas de Rossby fontes de onda no Pacfico exibe padres horizontais

similares aos modos do PSA.

8

Figura 1. 5. Padres de tele-conexo obtidos pelas anomalias do vento zonal em 200 hPa (U200) durante os eventos negativos (acima), positivos (centro) da AAO e a diferena entre os dois campos (abaixo). Figura extrada de Carvalho et al. 2005.

Na escala interanual, o PSA1 aparece como resposta ao ENSO no HS (Karoly 1989;

Mo e Paegle 2001) e o PSA2 associado com a componente quase-bienal do ENOS, com um

perodo de 22-28 meses (Mo e Paegle 2001). Na banda intra-sazonal, os modos do PSA so

modulados pela conveco tropical no vero e inverno (Mo e Paegle 2001). Durante a fase

positiva do PSA1, observa-se um aumento da conveco no Pacfico central e supresso da

conveco no Pacfico oeste, o qual a assinatura da Oscilao intra-sazonal (OI) tropical

(Mo e Higgins 1998, Mo e Paegle 2001). O padro de conveco associado ao PSA2 o

oposto ao observado no PSA1.

No Hemisfrio Norte (HN), Higgins e Mo (1997) demonstraram que o

desenvolvimento de anomalias persistentes no Pacfico Norte est freqentemente relacionado

9

com a oscilao intra-sazonal (OI) tropical. Segundo Mo e Higgins (1998), a relao entre a

OI tropical e os modos do PSA so muito similares s anomalias persistentes no Pacfico

Norte. A forante tropical cria uma situao favorvel para o desenvolvimento de um dos

modos do PSA (Mo e Higgins, 1998).

1.2.1 Oscilao intra-sazonal tropical: Oscilao Madden-Julian (OMJ)

Assim como o fenmeno ENOS, a Oscilao Madden-Julian (OMJ) um dos principais

modos de variabilidade de baixa freqncia na atmosfera tropical, no qual a componente

dominante da variabilidade intra-sazonal (aprox. 10-90 dias) (Madden e Julian 1994). A OMJ

consiste de padres acoplados entre a circulao atmosfrica de grande-escala e a conveco,

manifestando-se com uma lenta propagao para leste (velocidade de fase na ordem de 5-10

m/s) dos distrbios atmosfricos sobre os oceanos ndico equatorial e Pacfico oeste/central

(onde a instabilidade convectiva pode ser sustentada pela superfcie do mar quente, conhecida

como a piscina quente). Sua estrutura horizontal dominada por nmero de onda um e dois

na direo zonal, e sua estrutura vertical baroclnica. As estruturas das ondas de Kelvin e

Rossby foram consideradas dinamicamente essenciais para a OMJ (e.g., Madden, 1986).

Uma importante caracterstica da OMJ o alto grau de variabilidade caso a caso bem

como sua variao sazonal a interanual (e.g., Madden e Julian 1994; Jones et al. 2004b). A

existncia da variabilidade sazonal das anomalias intra-sazonais nos trpicos est bem

documentada. Um exemplo o aumento na freqncia e intensidade das anomalias intra-

sazonais tropicais durante o vero austral (e.g., Jones et al. 2004b). Em latitudes mdias, a

mxima atividade intra-sazonal observada durante o perodo de inverno em ambos os

hemisfrios (Ghil e Mo 1991). A variabilidade sazonal da OMJ influencia o clima em diversas

regies do globo, como as mones na Austrlia (Hendon e Liebmann, 1990), sia (Lau e

Chan, 1986), e nas Amricas (Mo e Higgins 1998; Jones 2000; Jones e Carvalho 2002;

Liebmann et al. 2004). Esta oscilao afeta a precipitao e eventos extremos em diversas

localidades ao redor do mundo (Jones 2000; Jones et al. 2004c; Carvalho et al. 2004).

Desde sua descoberta por Madden e Julian (1971), a OMJ tem sido um tpico de grande

interesse devido diversidade de fenmenos que interagem com esta oscilao. A OMJ no

Pacfico parece ser robusta antes de um evento quente do ENOS e fraca depois e durante um

evento frio (Zhang e Gottschalck, 2002). Jones et al. (2004) verificaram que, para o perodo

de 1979-2002, mais eventos OMJ ocorreram durante eventos El Nio e neutros do que

durante La Nia no vero austral; entretanto, estas diferenas no so estatisticamente

10

significativas. A relao entre a OMJ e AAO foi investigada por Carvalho et al. (2005)

durante o vero austral (DJF). Os autores detectaram um aumento (diminuio) da atividade

intra-sazonal dos trpicos para os extratrpicos do HS associado com as fases negativas

(positivas) da AAO. Alm disso, encontraram indicaes que o incio da fase negativa da AAO

esteja relacionado com a propagao da OMJ. Na fase positiva da AAO foi observada

supresso da atividade convectiva intra-sazonal sobre a Indonsia.

Estes resultados sugerem que a conveco profunda no Pacfico central tropical, o qual

est relacionada com o El Nio e (ou) com a propagao para leste da MJO, modula a

circulao no HS e favorece a fase negativa da AAO durante o vero austral (Carvalho et al.

2005). Alm disso, a OMJ parece estar relacionada com o trem de onda que se estende sobre o

Pacfico Sul a Amrica do Sul (Mo e Higgins 1998), que consequentemente pode afetar as

condies de tempo e clima na Pennsula Antrtica.

1.3. Mudanas climticas e a Antrtica

As mudanas climticas observadas no ltimo sculo so caracterizadas

principalmente por mudanas na temperatura mdia global, especialmente desde a metade da

dcada de 1970, assim como mudanas na circulao atmosfrica. No Hemisfrio Sul (HS), as

maiores tendncias significativas na temperatura foram observadas sobre a Antrtica, com

destaque no aquecimento registrado na regio da Pennsula Antrtica (IPCC 2001; King 1994;

Vaughan et al. 2001; Marshall et al. 2002; Turner et al. 2005; Trenberth et al. 2007). De

acordo com Turner et al. (2002; 2005; 2007), altas tendncias anuais de aquecimento foram

encontradas nesta regio, as quais atingiram valores de at +0,56 C por dcada no setor oeste

da Pennsula, na estao Faraday/Vernadsky. O maior aquecimento observado ocorreu no

inverno para a maioria das estaes da Pennsula Antrtica, chegando a +1,09 C por dcada

na estao Faraday/Vernadsky. Concomitantemente, foi observado um resfriamento no

continente Antrtico de aprox. -0,2 C por dcada no Plo Sul (Thompson e Solomon 2002;

Turner et al. 2005; Turner et al. 2007; Chapman e Walsh 2007).

Turner et al. (2006) relataram um aquecimento significativo na mdia troposfera em

dcadas recentes utilizando observaes de radiossondagem na Pennsula e continente

Antrtico, mas os resultados em superfcie no foram to evidentes. No entanto, ao longo da

Pennsula Antrtica, o progressivo derretimento (colapso) de plataformas de gelo tem

ocorrido desde o final da dcada de 1980 (Vaughan 1993), culminando com o colapso da

plataforma Larsen-B (no leste da Pennsula Antrtica) em 2002 (Trenberth et al. 2007).

11

O impacto que essas mudanas podem trazer para o clima global e a razo para o

aquecimento observado sobre a Pennsula Antrtica no so bem compreendidos. Por essa

razo, crucial que se entenda em profundidade os principais mecanismos que influenciam o

clima da Antrtica, os quais ocorrem em diversas escalas espaciais e temporais. Estes, por sua

vez, esto associados com variaes na circulao atmosfrica e as mudanas nas

concentraes de oznio estratosfrico, que podem produzir flutuaes de baixa freqncia na

temperatura do ar na Pennsula Antrtica (Thompson e Solomon 2002; Turner et al. 2007;

Trenberth et al. 2007).

1.4. Objetivo do trabalho

Este trabalho tem como objetivo avaliar a natureza e as causas da variabilidade intra-

sazonal da temperatura do ar, utilizando dados medidos em estaes de pesquisas situadas na

regio da Pennsula Antrtica. A variabilidade da temperatura ser investigada para cada

estao do ano separadamente: inverno (maio-setembro), primavera (agosto-dezembro), vero

(novembro-maro) e outono (fevereiro-junho). Confirmada a existncia da variabilidade intra-

sazonal na temperatura, sero investigadas a ocorrncia de eventos extremos intra-sazonais de

temperatura (EIT) e suas propriedades estatsticas (freqncia, persistncia e intensidade),

com o objetivo de responder as seguintes questes:

1) Existe uma dependncia sazonal das propriedades (freqncia, persistncia e

intensidade) dos EIT?

2) Quanto variabilidade interanual, h alguma relao com as fases do ENOS?

3) Qual a caracterstica da circulao atmosfrica relacionada com a ocorrncia de

EIT na Pennsula Antrtica?

4) H alguma relao dos EIT com as fases do modo anular do HS (AAO)?

5) Pode a interao troposfera-estratosfera desempenhar um papel na modulao dos

EIT?

O trabalho foi desenvolvido em quatro etapas principais. No Captulo 2,

caracterizados o clima da regio da Pennsula Antrtica, a seleo das estaes de pesquisa

utilizadas neste estudo e uma discusso sobre a variabilidade da temperatura do ar na regio.

No Captulo 3, so apresentados os resultados da variabilidade extrema intra-sazonal da

temperatura na Pennsula Antrtica, discutindo a variabilidade sazonal e interanual dos

12

eventos intra-sazonais quentes (EIQ) e frios (EIF), juntamente com a circulao atmosfrica

observada durante a ocorrncia desses eventos. O papel da interao troposfera-estratosfera na

modulao de EIT apresentado no Captulo 4. Por fim, as concluses do trabalho so

apresentadas no Captulo 5.

13

Captulo 2: Variabilidade da temperatura do ar na Pennsula Antrtica

2.1. Caracterizao do clima na Pennsula Antrtica

A pennsula Antrtica, posicionada quase-longitudinalmente entre as latitudes 63 e

75S (aproximadamente), uma faixa de terra montanhosa com largura mdia de 70 km,

composta por um plat interno com elevao mdia de 1500 m (Ferron, 1999) e representa

cerca de 3,7 % da rea do continente antrtico (Figura 2.1). Funciona como uma barreira

circulao atmosfrica regional, provocando marcada distino climtica de um lado e de

outro.

No lado leste est o mar de Weddell, regio climaticamente mais fria devido

drenagem constante do ar frio do interior continental antrtico. O ar nos primeiros 500-1000

m bastante estvel em funo do resfriamento provocado pela superfcie da cobertura de

gelo. Acima dele encontra-se uma camada de ar relativamente mais quente (cerca de 5-10 C

a mais no vero; 10-20 C a mais no inverno). Os ventos persistentes de leste na regio

costeira empurram este ar frio contra a barreira montanhosa da pennsula, que fica ali

comprimido devido forte inverso trmica (Schwerdtfeger 1975, 1984; Schwerdtfeger e

Amaturo, 1979). A massa de ar frio no consegue ascender e, portanto deflete para

norte/nordeste, paralelo cordilheira, acompanhando o gradiente de presso. Estes ventos,

chamados ventos de barreira, promovem o transporte de grandes pores da banquisa para

nordeste, abrindo canais que logo congelaro novamente (da a grande produo de gelo

marinho no mar de Weddell, um dos nicos setores da Antrtica a preservar gelo plurianual).

Mais ao norte, prximo latitude 64 S, a deriva do gelo sofre desvio para leste, pois no h

mais a proteo das montanhas ante os ventos de oeste (Schwerdtfeger, 1975).

14

Figura 2. 1. Mapa da Pennsula Antrtica localizando as estaes de pesquisas utilizadas neste estudo (pontos em laranja). Imagem obtida pelo google earth.

O constante aporte de ar frio do continente e a conseqente cobertura de gelo no mar

de Weddell fazem com que a costa leste da Pennsula Antrtica apresente um clima pseudo-

continental (Aquino, 1999). O ar frio acumulado contra a montanha fora a ascenso do ar

mais aquecido que est sobre ele, at que este ultrapasse a altura da barreira montanhosa. A

alta presso que ali se forma faz com que o ar aquecido flua para alm da crista e desa a

vertente oeste, originando ventos catabticos do tipo fhn (Figura 2.2) (King e Turner, 1997).

Nestas condies, as temperaturas na face leste podem ser at 10C inferiores e a presso

atmosfrica 5 mb superiores em relao face oeste na mesma latitude (Schwerdtfeger,

1984).

Fluxos inerciais de ar frio so comuns no estreito de Bransfield. No extremo norte da

Pennsula Antrtica, quando termina a barreira montanhosa, o ar transportado nos ventos de

barreira depara-se com um novo ambiente onde o gradiente de presso horizontal no lhe

exerce nenhuma oposio, sendo muitas vezes inexistente. A parcela de ar pode ento manter

a sua identidade por mais algum tempo, sofrendo apenas um ajuste inercial do efeito Coriolis,

que fora a sua deflexo no sentido anti-horrio (Figura 2.3) (Schwerdtfeger, 1984).

15

.

Figura 2. 2. Desenvolvimento dos ventos de barreira (adaptado de King e Turner, 1997, p.282).

Na costa oeste os ventos so predominantemente de norte e nordeste, sendo a regio

mais temperada e mida de toda a Antrtica (Ferron et al., 2004), pois tais ventos trazem o ar

relativamente quente e mido do oceano Pacfico para o mar de Bellingshausen.

Figura 2. 3. Trajetrias dos fluxos inerciais originrios dos ventos de barreira, ao ultrapassar o extremo norte da Pennsula Antrtica. Velocidade inicial estimada em 20 m s

-1. A trajetria a representa o fluxo de ar sem atrito; b

e c representam trajetrias com atrito fraco e forte, respectivamente (adaptado de Schwerdtfeger, 1984, p.108).

O estudo de Carrasco et al. (1997) avaliou a atividade de vrtices ciclnicos de meso-

escala no entorno da Pennsula Antrtica, no ano de 1991. Eles se formam e se desenvolvem

sobre o setor sul do mar de Bellingshausen prximos rea costeira ou no limite da extenso

do gelo marinho (King e Turner 1997), devido a insurgncias de ar frio associadas a ciclones

de escala sintica. Este ar frio migra do interior do continente antrtico em direo ao

equador, cruzando sobre um ambiente mais quente e mido que o setor sudeste do oceano

Pacfico. Fluxos de calor sensvel e latente do oceano para a camada inferior da atmosfera

podem induzir conveco na massa de ar frio, desenvolvendo ou fortalecendo perturbaes

16

ciclnicas. Acompanhando as correntes ocenicas, estes sistemas avanam para nordeste em

direo passagem de Drake, levando condies de tempo severas ao extremo norte da

Pennsula Antrtica.

O clima da Pennsula Antrtica influenciado pela variao nas extenses mdias de

gelo marinho nos mares de Weddell e Bellingshausen (Figura 1.4). O gelo, por sua vez, tem

sua formao influenciada diretamente pela ao dos ventos dominantes na regio, ventos

estes que tm padres de circulao impostos pela presena da Pennsula (Setzer e Hungria,

1994). Se no lado leste a adveco de sul/sudoeste (ventos de barreira ar frio) contribui para

a contnua formao de gelo marinho, no lado oeste vem ocorrendo justamente o contrrio.

Um incremento na adveco de norte/noroeste, trazendo ar mais aquecido durante o inverno,

est sendo interpretado como um dos possveis agentes responsveis pela retrao do gelo

marinho no leste do mar de Bellingshausen (Schwerdtfeger, 1976; Jacobs e Comiso, 1993,

1997; King e Harangozo, 1998; Smith e Stammerjohn, 2001). Todos estes trabalhos afirmam

que a extenso do gelo marinho a oeste da pennsula Antrtica possui forte correlao

negativa com a temperatura do ar (i.e., extenso do gelo marinho aumenta enquanto a

temperatura do ar diminui, e vice-versa), todavia os processos estariam acoplados e no se

sabe qual agente seja indutor do outro. King (1994) atribui maior variabilidade interanual e

tendncia de aumento na temperatura mdia do ar para os meses de inverno, o que implica

numa diminuio da amplitude trmica anual. Seu estudo reporta tambm uma tendncia de

retardo das anomalias de gelo marinho com relao a anomalias de temperatura do ar, o que

sugere uma dependncia da primeira varivel com relao a segunda e no o contrrio. Smith

e Stammerjohn (2001) atestam que o gradiente norte-sul ao longo da Pennsula, tanto do gelo

marinho quanto da temperatura, resultado de um balano entre influncias climticas

martimas (norte) e continentais (sul). Uma maior variabilidade nos meses de inverno seria

conseqncia disto, pois ela atribuda alta variabilidade interanual da cobertura de gelo

marinho e o correspondente aumento na influncia continental quando esta cobertura existe.

Quando ela no existe (i.e., no vero), predomina a influncia martima e, portanto a

variabilidade da temperatura menor.

2.2. Descrio dos dados e das estaes meteorolgicas utilizadas

Os dados de temperatura do ar da pennsula Antrtica foram obtidos no Centro

Nacional de Dados de Neve e Gelo (National Snow and Ice Data Center NSIDC) da

17

Universidade do Colorado. As estaes de pesquisa foram selecionadas em funo da melhor

cobertura temporal de dados, totalizando oito estaes de pesquisa situadas na pennsula

Antrtica (Figura 2.1; Tabela 2.1). Os dados esto disponibilizados na escala horria, em

geral, a cada 3 horas. Posteriormente, estes dados foram analisados, excluindo valores

esprios, e convertidos em mdias dirias de temperatura do ar para cada estao. O perodo

de dados heterogneo entre as estaes; no entanto, foi escolhido o perodo entre 1986-

2002, que compreende o perodo em comum entre as estaes da pennsula Antrtica (Tabela

2.1). Das oito estaes selecionadas, seis esto localizadas no arquiplago das Shetland do

Sul: a estao chilena Arturo Prat, localizada na Ilha Greenwich (Figura 2.1); e cinco estaes

localizadas na Ilha Rei George (Bellingshausen, Jubany, Dinamet, Presidente Frei e Great

Wall) (Figura 2.4). A estao uruguaia Dinamet fica nas proximidades da estao Artigas

(Figura 2.4). A estao chilena Bernardo OHiggins est localizada na pennsula Trinity, costa

oeste do extremo norte da pennsula Antrtica. Tambm na pennsula Trinity, mas no setor

leste da pennsula Antrtica, localiza-se na Ilha Seymour a estao argentina Marambio

(Figura 2.1).

Tabela 2. 1. Estaes utilizadas neste estudo com suas respectivas elevaes, latitude, longitude, perodo de dados disponveis e porcentagem de dados faltantes no perodo 1986-2002.

N da estao (O.M.M)

Nome da estao

Pas responsvel

Altitude (m) Latitude Longitude

Perodo de dados (anos)

Dados Faltantes (%) entre 1986-

2002 89050 Bellingshausen Rssia 16 6212S 5856W 1973-2002 5,3 89053 Jubany Argentina 11 6214S 5838W 1985-2002 3,0 89054 Dinamet Uruguai 10 6210S 5850W 1986-2002 3,4 89055 Marambio Argentina 198 6414S 5643W 1973-2002 2,8 89056 Pres. Frei Chile 10 6225S 5853W 1985-2002 2,0 89057 Arturo Prat Chile 5 6230S 5941W 1986-2002 1,9 89058 Great Wall China 10 6213S 5858W 1986-2002 3,7 89059 OHiggins Chile 10 6319S 5754W 1985-2002 2,0

18

Figura 2. 4. Mapa da Ilha Rei George, localizando algumas estaes utilizadas neste estudo (adaptada de Turner

e Pendlebury 2004).

Atravs da anlise de agrupamentos (cluster analysis), possvel obter informaes de

quais estaes possuem comportamentos semelhantes, visto que algumas esto localizadas em

regies climticas diferentes (como descrito anteriormente). A anlise de agrupamentos

baseia-se nas distncias euclidianas (DE), calculadas a cada par de conjuntos de dados (x,y),

verificando o nvel de similaridade entre eles (equao 2.1). Portanto, quanto menor o valor

de DE, maior a semelhana entre dois conjuntos de dados.

( )2/1

1

2),(

=

=

n

iyixiyxDE (2.1)

Uma representao grfica da anlise de agrupamento dada pelo dendrograma

(grfico em forma de rvore). Na escala vertical est indicado o nvel de similaridade entre as

temperaturas dirias das estaes da pennsula Antrtica (Figura 2.5), obtido pelo clculo de

DE. No eixo horizontal esto marcadas as estaes, onde as linhas verticais partindo das

estaes tm altura correspondente ao nvel em que as estaes so consideradas semelhantes.

importante ressaltar que no h um critrio comparativo para afirmar se a semelhana

19

muita ou pouca. O conhecimento do processo e a familiaridade com as grandezas envolvidas

que iro contribuir para uma boa anlise (Bassab et al. 1990). Observando a Figura 2.5, nota-

se que a srie temporal de Marambio tem um comportamento diferenciado em relao s

sries das demais estaes. As estaes mais similares em termos de temperatura so as

localizadas no arquiplago das Shetland Sul. Em ordem decrescente de semelhanas: 1) Great

Wall e Bellingshausen; 2) Pres. Frei e Jubany; 3) Dinamet, Pres. Frei e Jubany; 4) Dinamet,

Pres. Frei, Jubany, Great Wall e Bellingshausen; 5) Arturo, Dinamet, Pres. Frei, Jubany, Great

Wall e Bellingshausen. A estao Bernardo OHiggins apresenta o comportamento da

temperatura um pouco diferenciado em relao s temperaturas das estaes localizadas nas

Ilhas Shetland Sul; porm, no tanto quanto o comportamento da estao Marambio. Em

suma, a anlise de cluster identificou duas principais regies homogneas em funo da

temperatura do ar: uma contendo as estaes localizadas no setor oeste da pennsula

Antrtica, representada pelas estaes das Ilhas Shetland Sul; e a outra localizada no leste da

pennsula Antrtica, representada pela estao Marambio.

Figura 2. 5. Dendrograma gerado a partir das distncias euclidianas (DE) das sries dirias da temperatura do ar entre as estaes da Pennsula Antrtica.

Para selecionar a estao representativa do setor oeste da pennsula, foi calculado o

coeficiente linear de correlao de Pearson entre as sries temporais das estaes (equao

2.2).

20

= =

=

=

n

i

n

iii

n

iii

r

yyxx

yyxx

1 1

22

1

)()(

))(( (2.2)

onde xi, yi representam dois conjuntos de dados e x , y as mdias de cada conjunto de dados, respectivamente.

O comportamento diferenciado da srie temporal de Marambio apresentado pela

anlise de agrupamentos, confirmado pelos valores mais baixos do coeficiente de correlao

desta estao com as demais (Tabela 2.2). A estao de Bellingshausen mostrou maior

correlao entre as estaes da pennsula oeste (Tabela 2.2); entretanto ela apresentou maior

quantidade de dados faltantes, cerca de 5% (Tabela 2.1). Por isso, alternativamente, optou-se

pela estao Arturo Prat como representativa da pennsula oeste, por ter menor quantidade de

dados faltantes (1,9% , Tabela 2.1) e boa correlao (acima de 0,9) com as estaes

localizadas na Ilha Rei George (Tabela 2.2).

Tabela 2. 2. Anlise do coeficiente linear de correlao de Pearson entre as sries temporais das estaes da Pennsula Antrtica.

Belling Jubany Dinamet Marambio Frei Arturo Great OHiggins

Belling 0,93 0,92 0,78 0,95 0,90 0,99 0,93

Jubany 0,96 0,81 0,98 0,92 0,94 0,89

Dinamet 0,77 0,96 0,92 0,92 0,87

Marambio 0,79 0,78 0,80 0,86

Frei 0,92 0,95 0,90

Arturo 0,90 0,86

Great 0,93

OHiggins

Estas anlises tambm serviram para o preenchimento de falhas nos dados, utilizando

os dados das estaes que apresentaram melhor similaridade e alta correlao com a estao

Arturo. Os procedimentos para preencher as falhas nos dados foram: (i) interpolao linear:

na ausncia de apenas um dado (um dia), foi realizada a interpolao do valor correspondente

ao dia anterior e posterior; (ii) regresso linear: na ausncia de dados por dois ou mais dias,

utilizou-se a equao da reta de regresso entre duas estaes para o preenchimento, sendo

estas bem correlacionadas; (iii) climatologia: utilizou-se o ciclo anual quando nenhum dos

21

mtodos anteriores foi satisfeito. Na estao Marambio, somente as condies (i) e (iii) foram

utilizadas no preenchimento de falhas, devido a pouca similaridade e baixa correlao com as

demais estaes (Figura 2.4 e Tabela 2.2). importante ressaltar ainda, que ao utilizar a

climatologia no preenchimento de falhas, qualquer sinal de alta ou baixa freqncia perde a

continuidade.

2.3. Variaes da temperatura do ar na Pennsula Antrtica

A estao Marambio destaca-se pela menor temperatura mdia anual (-8,2 C) e maior

desvio padro interanual (8,2 C), enquanto que Arturo apresenta -1,7 C de mdia anual e

menor variabilidade, com desvio padro de 3,6 C (Tabela 2.3). Tabela 2. 3. Mdia, desvio padro e tendncia da temperatura mdia anual nas estaes Arturo e Marambio. Valor em negrito: significativo ao nvel de 95%.

Mdia (C) Desvio padro (C) Tendncia (C/ano)

Marambio -8,2 8,2 +0,12 Arturo Prat -1,7 3,6 +0,04

A Figura 2.6 mostra a variabilidade sazonal da temperatura mdia diria nas duas

estaes selecionadas. Ambas exibem valores mnimos em junho-julho e mximos entre

dezembro-janeiro, mas a estao Marambio apresenta um ciclo mais pronunciado na curva de

medianas do que a estao Arturo, sendo as amplitudes anuais de aprox. 15 C e 3,5 C,

respectivamente. Observa-se que as distribuies de freqncia de temperatura em Arturo so

assimtricas, com um pronunciado alongamento para as temperaturas frias principalmente nos

meses de outono at a primavera (Fig. 2.6a). Por outro lado, Marambio apresenta uma maior

simetria mesmo durante o inverno (Figura 2.6b). Uma discusso mais detalhada sobre a

variabilidade dos quartis de temperatura nas estaes Arturo e Marambio ser abordada no

item 2.4.

22

(a) Arturo (b) Marambio

JAN

FEV

MA

R

AB

R

MA

I

JUN

JUL

AG

O

SET

OU

T

NO

V

DEZ

meses

-35

-30

-25-20

-15

-10

-50

5

10

tem

pera

tura

do

ar (

C)

Mediana 25%-75% Min-Max

JAN

FEV

MA

R

AB

R

MA

I

JUN

JUL

AG

O

SET

OU

T

NO

V

DEZ

meses

-35

-30

-25-20

-15

-10

-50

5

10

tem

pera

tura

do

ar (

C)

Mediana 25%-75% Min-Max

Figura 2. 6. Distribuio de freqncia da temperatura mdia diria em cada ms para: (a) Arturo e (b) Marambio. A caixa (box) em verde representa o intervalo inter-quartlico (25%-75%) e os pontos conectados dentro do box, a mediana. A barra em azul representa os valores mnimos e mximos.

O vento predominante na estao Marambio de sudoeste (Figura 2.7b), devido ao ar

frio que escoa do interior do continente antrtico seguindo a configurao topogrfica da

Pennsula Antrtica. Adicionalmente, a cobertura de gelo predomina na maior parte do ano

(Figura 1.4) sobre o mar de Weddell, caracterizando um clima pseudo-continental nesta

regio (Aquino, 1999). Na costa oeste, onde se localiza a estao Arturo os ventos so

predominantemente de leste e sudoeste (Figura 2.7a). Esta regio influenciada, alm dos

ventos catabticos (Figura 1.2b), pela passagem freqente de sistemas ciclnicos que tem

origem na poro sul do mar de Bellingshausen e que acompanham as correntes ocenicas

avanando para nordeste, advectando ar relativamente quente e mido do Oceano Pacfico.

Estas caractersticas de cada estao explicam as diferenas entre as magnitudes das

temperaturas mdias (Tabela 2.3). Adicionalmente, a estao Arturo 193 metros mais baixa

que a estao Marambio (Tabela 2.1) e a presena de gelo marinho dura no mximo dois

meses (Smith et al. 1996), predominando a influncia martima, o que explica a menor

amplitude anual da temperatura (Figura 2.6a).

23

(a) Arturo (b) Marambio

Figura 2. 7. Anemograma climatolgico para as estaes (a) Arturo e (b) Marambio. Os dados de vento foram obtidos no NSIDC.

Com respeito s tendncias (Figura 2.8 e Tabela 2.3), as estaes mostraram um

aumento na temperatura ao longo dos anos, assim como observado em estudos prvios para

algumas estaes da Pennsula Antrtica (p.ex. Turner et al. 2005; 2007). A estao Arturo

apresentou menor tendncia na temperatura (+0,68 C em 17 anos), enquanto Marambio

apresentou maior aquecimento ao longo dos anos (aproximadamente +2 C em 17 anos, com

significncia estatstica de 95%). Isto tambm pode ser observado na anlise sazonal das

tendncias na temperatura mdia anual para as estaes Arturo e Marambio (Tabela 2.4.).

Nesta anlise possvel verificar que as estaes apresentaram aquecimento durante todas as

estaes do ano, sendo que as maiores tendncias na temperatura so observadas no vero

(dezembro-fevereiro) e outono (maro-maio) em ambas as estaes. Neste perodo, as

tendncias de + 0,024 no vero e + 0,118 C ano-1 no outono foram observadas em Arturo,

enquanto que as tendncias na temperatura em Marambio foram de + 0,09 e + 0,3 C ano-1,

respectivamente. Estes valores so estatisticamente significativos ao nvel de 90 %, baseados

no teste-t. Valores de + 0,068 e + 0,038 C ano-1 so observados em Marambio no inverno e

na primavera, respectivamente. Em Arturo, valores ainda menores so observados nesta

poca: + 0,005 C ano-1 no inverno e + 0,006 C ano-1 na primavera. Porm, essas tendncias

no so significativas. Estes resultados divergem de alguns estudos prvios que observaram

um maior aquecimento durante o inverno em algumas estaes da Pennsula Antrtica (p.ex.

Turner et al. 2005; 2007). No entanto, estes trabalhos avaliaram tendncias em sries mais

24

longas de temperatura (nos ltimos 50 anos), o que pode explicar as tendncias diferentes,

dependendo do perodo de dados que est sendo computada a regresso linear.

A variao dos valores mdios anuais de temperatura para Marambio e da extenso de

gelo marinho para o Mar de Weddell mostrou que nos ltimos 10 anos (Figura 2.9), h uma

tendncia de aumento da temperatura (+1,9 C por dcada) e concorrente tendncia de

reduo na extenso de gelo marinho (-3,5 x 105 Km2 por dcada), ambas significativas ao

nvel de 99% (baseadas no teste-t). As duas variveis mostraram uma alta correlao negativa

(r =-0,86), indicando a presena de um forte mecanismo de feedback entre a temperatura do ar

e o gelo marinho no lado leste da Pennsula Antrtica. Para o setor oeste da Pennsula

Antrtica (no mostrado), no foi encontrada significncia estatstica entre as tendncias da

temperatura do ar em Arturo e a extenso do gelo marinho na regio do mar de

Bellingshausen.

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

a nos

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

tem

pera

tura

do

ar (

C)

Arturo (+0,04C/ano) Marambio (+0,12C/ano)

Figura 2. 8. Temperaturas mdias anuais para Arturo (linha slida) e Marambio (linha tracejada) e suas respectivas tendncias em C/ano, obtidas por regresso linear das sries de dados. Tabela 2. 4. Anlise sazonal da tendncia na temperatura mdia anual nas estaes Arturo e Marambio. Valores em negrito: significativos ao nvel de 90%.

Tendncia (C/ano) Inverno (JJA) Primavera (SON) Vero (DJF) Outono (MAM)

Arturo +0,005 +0,006 +0,024 +0,118

Marambio +0,068 +0,038 +0,090 +0,300

25

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

-10

-8

-6

Tem

pera

tura

(C

)

3.2x106

3.6x106

4.0x106Extenso de G

elo marinho (K

m2)

+ 0,19C ano-1

- 3,5 x 104 Km2 ano-1

Figura 2. 9. Variao da temperatura mdia anual em C da estao Marambio (linha preta) e da extenso mdia anual do gelo marinho em Km2 na regio do mar de Weddell (linha azul), no perodo de 1991 a 2002. Tambm so mostrados os valores das tendncias de cada varivel, que em ambos os casos foram significativos ao nvel de 99%. Os dados de gelo marinho foram obtidos no NSIDC.

2.4. Extremos de temperatura na Pennsula Antrtica

Os extremos foram definidos utilizando como critrio o quartil inferior (q25) e

superior (q75) da distribuio da temperatura do ar para Arturo e Marambio. Abaixo do

quartil inferior so considerados os extremos frios e acima do quartil superior, os extremos

quentes. Os limiares q25 e q75 foram obtidos para cada estao do ano separadamente:

inverno (junho, julho, agosto), primavera (setembro, outubro, novembro), vero (dezembro,

janeiro, fevereiro) e outono (maro, abril, maio). Na tabela 2.5 so apresentados os valores

dos limiares para cada estao do ano. Os extremos frios so mais intensos no inverno (abaixo

de -21,0 C), seguido pelo outono (abaixo de -15,4 C), primavera (abaixo de -11,6 C) e

vero (abaixo de -2,8 C) na estao Marambio; enquanto que em Arturo os valores mais

baixos de temperatura so observados no inverno (abaixo de -6,7 C), seguido pela primavera

(abaixo de -3,1 C), outono (abaixo de -2,3 C) e vero (abaixo de 0,3 C). Esta situao

observada nos extremos quentes, onde Arturo apresenta valores maiores de temperatura no

vero (acima de 1,9 C) e outono (acima de 0,9 C), enquanto que Marambio os extremos

quentes so mais intensos no vero (acima de 0,3 C) e primavera (acima de -2,0 C). Em

suma, Arturo e Marambio apresentam algumas diferenas na intensidade dos extremos nas

estaes de transio: Arturo mais frio na primavera do que no outono, enquanto em

Marambio ocorre o contrrio. Uma explicao para tal acontecimento dada pela influncia

do gelo marinho nos mares ao redor das estaes Arturo e Marambio. Entre agosto-setembro

26

(aproximadamente) observa-se a presena do gelo marinho no Mar de Bellingshausen (Smith

et al. 1996), enquanto que o Mar de Weddell concentra gelo marinho quase todo ano (Figura

1.4), fazendo com que as temperaturas em Marambio sejam mais baixas e o clima

caracterizado como pseudocontinental (Aquino 1999). Em Arturo, o regime climtico

martimo predomina na maior parte do ano, fazendo com que as temperaturas sejam mais

elevadas, exceto no inverno-primavera onde a presena do gelo marinho na regio, faz com

que as temperaturas apresentem valores mais baixos e maior variabilidade do que as demais

estaes do ano (Figura 2.6.).

Tabela 2. 5. Anlise sazonal dos extremos frios (q25) e quentes (q75) nas estaes Arturo e Marambio.

Arturo Marambio

Inverno Primavera Vero Outono Inverno Primavera Vero Outono q25 (C) -6,7 -3,1 0,3 -2,3 -21,0 -11,6 -2,8 -15,4

q75 (C) -1,1 -0,2 1,9 0,9 -7,9 -2,0 0,3 -3,7

2.5. Anlise espectral da temperatura na Pennsula Antrtica

Para detectar a influncia sistemtica de fenmenos atmosfricos em determinadas

bandas de freqncia nas sries dirias de temperatura foi estimada a densidade espectral

mdia para cada estao do ano nas estaes Arturo e Marambio. Primeiramente, a tendncia

linear e o ciclo anual das mdias dirias de temperatura foram removidos, obtendo-se assim

uma srie de anomalias. A seguir, aplicou-se uma funo taper do tipo split-cosine-bell (w(t),

eq. 2.3) em uma poro p igual a 10% das extremidades das sries (5% em cada extremidade)

para evitar descontinuidades no final das mesmas (Bloomfield, 1976). Uma descontinuidade

na srie poderia acrescentar um co-seno que na realidade no existe.

]}/)5,0(cos[1{5,0)(

1)(]}/)5,0(cos[1{5,0)(

mtNtwtw

mttw

+==

=

NtmNmNtm

mt

++

11

1 (2.3)

onde m calculado tal que p=2m/N. Neste caso, p=10%, N=tamanho da srie (92 dias no

inverno, 91 na primavera, 90 no vero e 92 dias no vero) e, portanto, m~5.

Uma ilustrao da funo taper aplicada para o perodo de inverno (como exemplo)

dada na Figura 2.10, onde se observa os pesos tendendo a zero do quinto ao primeiro dia,

27

assim como nos cinco ltimos dias. A demonstrao da aplicao da funo taper split-

cosine-bell nas anomalias de temperatura no

extremos intra-sazonais de temperatura na península antártica e

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