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Para averiguar a ´epoca na qual ocorre maior influˆencia da ZCIT sobre a cidade de Natal-RN, foram verificados dados de precipita¸c˜ao, disponibilizados pelo INMET, dos anos de 2007– 2018.

A Figura 32 apresenta quatro gr´aficos que relacionam a porcentagem de precipita¸c˜ao di´aria para cada esta¸c˜ao do ano, de acordo com as classifica¸c˜oes de: dia seco, chuva moderada e chuva forte.

Fonte: Elaborado pelo autor (2019).

A esta¸c˜ao que apresenta maior precipita¸c˜ao em Natal ´e o outono, no qual em 42% ddos dias chove, o inverno vem em seguida com uma porcentagem de 37% para dias que houve precipita¸c˜ao acima de 2 mm. A Figura 33 presenta um gr´afico em barras que informa a precipita¸c˜ao acumulada em mil´ımetros (mm), para cada esta¸c˜ao do ano, durante o per´ıodo de 2007 a 2018.

Figura 33 –Gr´aficos da precipita¸c˜ao acumulada para cada esta¸c˜ao do ano entre 2007 a 2018

A esta¸c˜ao que apresenta maior precipita¸c˜ao em Natal-RN ´e o outono, com um acumu- lado de 9325,2 mm. Como visto na Figura 24, o outono ´e esta¸c˜ao de menor temperatura na tropopausa. A Figura 34 mostra o gr´afico das m´edias di´arias de dados de rean´alise do fluxo de calor sens´ıvel e de calor latente. Percebe-se que durante o outono o fluxo de calor latente apresenta uma m´edia maior que o fluxo de calor sens´ıvel, o que ´e esperado nesta ´epoca do ano por causa do aumento na precipita¸c˜ao, como foi mostrado na Figura 33. Todos estes dados foram obtidos por meio da computa¸c˜ao em nuvem do Google’s Earth Engine.

Figura 34 –Gr´afico da compara¸c˜ao entre as m´edias di´arias do fluxo de calor sens´ıvel e latente dos anos estudados

Fonte: Elaborado pelo autor (2019).

Uma hip´otese para o pico m´ınimo de temperatura no outono ´e que com o aumento das chuvas ocorre consequentemente uma diminui¸c˜ao do fluxo de calor sens´ıvel, sendo assim, n˜ao ocorrer´a aquecimento na troposfera, pois o aumento do fluxo de calor latente n˜ao contribui para varia¸c˜ao da temperatura. Al´em disso, com o aumento da nebulosidade, consequˆencia do per´ıodo chuvoso, a quantidade de radia¸c˜ao vis´ıvel refletida para o espa¸co ´e amplificada, logo, a por¸c˜ao de energia que chegar´a `a superf´ıcie terrestre diminuir´a, alterando o albedo e provocando um resfriamento na troposfera.

Com rela¸c˜ao ao aumento da temperatura da tropopausa durante o inverno, suspeita- se que a ZCIT influencie neste comportamento. A Figura35 e a Figura 36 apresentam imagens da rean´alise (CFSR) com dados de precipita¸c˜ao do outono de 2018 e inverno

de 2018 respectivamente. Todos estes dados tamb´em foram obtidos por meio do sistema Google’s Earth Engine. Nessas imagens observam-se dois momentos: A primeira mostra a ZCIT pr´oxima a linha do equador (linha vermelha) e parte encontra-se no HS, no litoral brasileiro, durante os meses de mar¸co at´e maio de 2018; a segunda apresenta a ZCIT localizada mais ao norte da linha do equador durante os meses de julho a setembro de 2018.

Figura 35 –ZCIT durante os meses de mar¸co a maio de 2018

Fonte: Elaborado pelo autor (2019).

Figura 36 –ZCIT durante os meses de julho a setembro de 2018

Fonte: Elaborado pelo autor (2019).

Observa-se que a posi¸c˜ao da ZCIT mostrada nas Figuras 35 e Figura 36, est˜ao de acordo com o encontrado na literatura. No entanto, durante o per´ıodo de inverno no HS, a ZCIT encontra-se na sua posi¸c˜ao mais ao norte da linha do equador (HASTENRATH, 1985) e a Figura 24 mostra que neste mesmo per´ıodo a temperatura da tropopausa atingiu seu m´aximo. Frierson et al. (2013) discute a intera¸c˜ao entre as circula¸c˜oes de revolvimento meridionais do Atlˆantico (AMOC) e da Atmosfera (c´elulas de Hadley), no posicionamento

da ZCIT. No oceano Atlˆantico ocorre transporte de energia do HS para HN atrav´es da AMOC, o que intensifica o aumento de temperatura da superf´ıcie do Atlˆantico Norte. Por estar mais aquecido, o HN libera mais radia¸c˜ao de onda longa para a atmosfera local do que o HS. Por consequˆencia, a presen¸ca da ZCIT gera uma diferen¸ca de press˜ao entre os hemisf´erios, que ´e suficientemente grande para criar ventos meridionais na alta troposfera que transportam esta energia atrav´es do equador pela tropopausa, na qual parte desta energia ´e transferida por meio de v´ortices atmosf´erico. Sendo o gradiente de press˜ao dado por:

∇P = ~F .1

V (4.1)

Logo a for¸ca gerada pelo gradiente de press˜ao ´e escrita por:

~

F = V.∇P (4.2)

O teorema do trabalho e a energia potencial para uma for¸ca conservativa, d´a-se pela seguinte express˜ao:

∇E = − ~F (4.3)

∇E = −V.∇P (4.4)

A equa¸c˜ao 4.4 ´e o gradiente de energia que atua sobre a ZCIT, respons´avel pelo transporte de calor entre os hemisf´erios. Donohoe et al. (2013) revela que a intensidade do transporte de energia meridional de calor na atmosfera ´e proporcional ao deslocamento da ZCIT em rela¸c˜ao ao equador, por´em em sentidos opostos, ou seja, quanto mais ao norte ou ao sul do equador a ZCIT estiver localizada, mais intenso ser´a a transferˆencia de calor na dire¸c˜ao oposta. Sendo assim, ´e poss´ıvel obter uma express˜ao para o fluxo de energia, por meio do teorema da divergˆencia. Considerando uma superf´ıcie S de forma arbitr´aria, fechada, o fluxo de energia (ϕE) atr´aves da superf´ıcie S pode ser expresso por:

ϕE =

I

∇E · d~S (4.5)

Pelo teorema da divergˆencia:

I

∇E · d~S =

I

∇ (∇E.dV ) (4.6)

Substituindo a equa¸c˜ao 4.4 na equa¸c˜ao 4.6, observa-se que:

I ∇E · d~S = I ∇ (−V.∇P ) dV (4.7) Portanto: I ∇E · d~S = ∇2P I −V dV (4.8)

I

∇E · d~S = −V 2

2 ∇

2P (4.9)

Portanto o fluxo de energia que atravessa a parcela superior da ZCIT pode ser calculado por: ϕE = −V2 2 ∇ 2 P (4.10)

Como no HS ´e inverno, a temperatura na regi˜ao tende a ser menor que a temperatura do HN na mesma altitude. No entanto, por causa da presen¸ca da ZCIT, o fluxo de energia que chega no HS, aquece a parcela mais alta da troposfera, e enquanto que a ZCIT avan¸ca mais ao norte do equador geogr´afico, maior ser´a o fluxo de calor e maior ser´a a temperatura na tropopausa, para que assim, a temperatura do sistema evolua at´e atingir um estado de equil´ıbrio.

Em vista disso, pode-se afirmar que a prov´avel fonte para o aquecimento da tropopausa sobre Natal-RN durante o inverno do hemisf´erio sul ´e o acoplamento entre a AMOC e a c´elula de Hadley e que o m´aximo de temperatura ocorre no mesmo per´ıodo que a ZCIT se encontra mais ao norte do equador, na regi˜ao do oceano Atlˆantico.

Al´em disso, a an´alise dos dados ao longo da s´erie temporal, mostrou que a temperatura m´edia da tropopausa est´a cada vez menor, logo, buscou-se uma rela¸c˜ao com a atividade solar para melhor entender esse comportamento.

4.4 Influˆencia da atividade solar na tropopausa equatorial

Para realizar esta an´alise, foram utilizados dados de sondagens entre os anos de 1986 a 2018, compreendendo um per´ıodo com trˆes ciclos solares: 22, 23 e 24. A Figura 37 apresenta alguns gr´aficos de n´ıveis de temperatura, ao longo de alguns anos. Verifica-se que a regi˜ao onde encontra-se a tropopausa (de cor azulada), apresentou menores valores de temperatura, com o passar dos anos.

Figura 37 – Gr´afico em n´ıveis de temperatura da atmosfera, para os 2000, 2008, 2011 e 2015

Fonte: Elaborado pelo autor (2020).

A fim de analisar a rela¸c˜ao entre a diminui¸c˜ao da temperatura da tropopausa com a atividade solar, foi verificado o n´umero de manchas solares, assim, a Figura 38 foi elaborada, onde, ´e apresentado um gr´afico com o n´umero de manchas solares, entre os anos de 1986 a 2018. Nessa figura mostra-se a quantidade de manchas solares para o ciclo 22 (cor preta), ciclo 23 (cor vermelha) e ciclo 24 (cor azul). Observa-se que o n´umero de manchas solares diminuiu consideravelmente no ciclo solar 24, em rela¸c˜ao aos 22 e 23, sendo que o ciclo 23, tamb´em apresentou uma diminui¸c˜ao para com o ciclo 22, por´em, menos acentuada.

Figura 38 –N´umero de manchas solares, ao longo dos anos de 1986 a 2018

Fonte: Elaborado pelo autor (2029).

Para verificar a radia¸c˜ao que chega ao planeta Terra, foi feita uma an´alise da irradiˆancia solar total (TSI), dada pela irradiˆancia integrada diariamente, em potˆencia por unidade de ´area. A Figura 39 mostra o valor di´ario de TSI, ao longo dos anos de 1986 a 2018, em rela¸c˜ao aos ciclos solares.

Figura 39 –Irradiˆancia solar total, entre os anos de 1986-2018

Fonte: Elaborado pelo autor (2029).

Pode-se concluir, ao observar as Figuras 38 e 39, que a atividade solar do ciclo 24 ´e bem menor em compara¸c˜ao aos dois ciclos antecessores. Com a finalidade de conferir o comportamento m´edio da temperatura da tropopausa durante cada ciclo solar, ent˜ao, a Figura 40 foi elaborada, onde ´e poss´ıvel observar as m´edias de temperatura durante os ciclos: 22 (curva preta), 23 (curva vermelha) e 24 (curva azul). Observa-se que a temperatura m´edia entre os ciclos 22 e 23 ´e aproximada, sendo que, durante o ciclo 23 a temperatura m´edia da tropopausa foi um pouco menor em rela¸c˜ao ao ciclo anterior. No entanto, verifica-se que a temperatura m´edia durante o ciclo solar 24, ´e menor que os outros ciclos, assim como ´e a atividade solar durante o ciclo 24.

Figura 40 – Temperatura m´edia da tropopausa, para cada ciclo solar: 22, 23 e 24

Fonte: Elaborado pelo autor (2029).

A temperatura m´edia durante o ciclo 22 foi de 193,34 K (-79,81◦ C), j´a para o ciclo 23 a m´edia foi de 193,07 K (-80,08◦ C), com uma diferen¸ca de temperatura m´edia de 0,27 K. No entanto, durante o ciclo solar 24, a temperatura m´edia da tropopausa foi de aproximadamente 191,90 K (-81,25◦ C), , com uma diferen¸ca de temperatura de pouco mais de 1 K com rela¸c˜ao a temperatura m´edia durante os ciclos antecessores. Conclui- se, portanto, que a atividade solar modela o comportamento m´edio da temperatura da tropopausa equatorial. Uma hip´otese proposta para explicar esse comportamento, est´a relacionada com a radia¸c˜ao que chega a Terra. Como a potˆencia irradiada apresentou valores menores para o ciclo solar 24, como mostrado na Figura 39, logo, a quantidade de radia¸c˜ao UV que comp˜oe uma por¸c˜ao de aproximadamente 7% da radia¸c˜ao solar, tender´a a diminuir, sendo assim, a estratosfera apresentar´a menor absor¸c˜ao de UV, afetando a produ¸c˜ao e a dissocia¸c˜ao do ozˆonio estratosf´erico, principal fonte de calor desta camada. Desse modo, a tropopausa ser´a afetada, com atenua¸c˜ao das trocas de calor com a baixa estratosfera, provocando consequentemente uma diminui¸c˜ao na temperatura m´edia nessa regi˜ao. Por´em, para uma melhor descri¸c˜ao ´e necess´ario um estudo mais aprofundado com rela¸c˜ao ao comportamento da estratosfera equatorial, quanto a sua temperatura e concentra¸c˜ao de ozˆonio, o que n˜ao foi o objetivo deste trabalho, mas que pode ser explorado em estudos posteriores.

5 CONCLUS ˜OES

Neste trabalho foi analisado o comportamento da tropopausa sobre a regi˜ao de Natal- RN. Para este prop´osito um banco de dados de 32 anos, contendo um total de 9456 casos de radiossondagens de bal˜oes atmosf´ericos, que foram comparados aos resultados do modelo MSIS-90. Os principais resultados mostram que o modelo representa bem o comportamento m´edio das temperaturas, identificando mudan¸cas de temperatura durante algumas esta¸c˜oes do ano, por´em superestima os valores reais em um dom´ınio de at´e 10K de diferen¸ca. Nos dados experimentais o crescimento dos valores de temperatura desde o m´ınimo valor registrado para o m´aximo ´e muito mais acentuado que no modelo. O decl´ınio da temperatura apresenta um comportamento sazonal, o qual n˜ao ´e contemplado na simula¸c˜ao do MSIS-90.

Em rela¸c˜ao a altitude da tropopausa, verificou-se que o modelo apresenta valores divergentes para altura da base, com uma diferen¸ca de 1,3 km entre a altitude simulada e a obtida pela sondagem, no entanto, o valor m´edio do topo da tropopausa para o modelo ´e aproximadamente o mesmo em rela¸c˜ao a sondagem, sendo a diferen¸ca de altura de aproximadamente de 100 m. Logo, a espessura da tropopausa difere entre o MSIS e o valor medido, sendo verificada uma diferen¸ca de aproximadamente 1,4 km.

Quanto `a sazonalidade, a tropopausa sobre Natal-RN possui uma varia¸c˜ao temporal, possuindo um m´aximo de temperatura durante o inverno e o m´ınimo durante o outono. Dados de precipita¸c˜ao pluviom´etrica foram utilizados neste estudo para melhor inves- tiga¸c˜ao de poss´ıveis interferˆencias de fatores meteorol´ogicos para altera¸c˜ao da tempera- tura. A esta¸c˜ao do outono apresentou o maior valor de precipita¸c˜ao acumulada, como esperado a partir trabalhos encontrados na literatura, sendo assim, aceita a hip´otese de que varia¸c˜oes no fluxo de calor e o aumento na cobertura de nuvens contribuem para o resfriamento da tropopausa durante esta esta¸c˜ao do ano. Sobre o per´ıodo do inverno, o qual apresentou o pico m´aximo de temperatura, foi realizada uma investiga¸c˜ao sobre o po- sicionamento da zona de convergˆencia intertropical, e conclui-se que a energia necess´aria para o aquecimento da tropopausa durante esta esta¸c˜ao ´e proveniente da transferˆencia de calor entre os hemisf´erios, causada pela conex˜ao entre as circula¸c˜oes de revolvimento meridionais do Atlˆantico e da c´elula de Hadley, que j´a foi discutida por outros autores anteriormente.

No que se refere a atua¸c˜ao do ciclo solar em rela¸c˜ao ao comportamento da tropopausa, conclui-se que a atividade solar regula a temperatura m´edia da tropopausa, onde foi verificado que durante o ciclo solar 24, considerado de baixa atividade solar, a temperatura m´edia durante esse per´ıodo foi menor em aproximadamente 1 K, em rela¸c˜ao aos ciclos 22 e 23. A hip´otese aceita relaciona a radia¸c˜ao solar que chega ao planeta, que apresentou

um menor valor durante o ciclo 24, afetando a absor¸c˜ao de radia¸c˜ao UV pela estratosfera impactando na produ¸c˜ao e a dissocia¸c˜ao do ozˆonio estratosf´erico, sua principal fonte de calor, provocando uma diminui¸c˜ao na troca de calor entre a tropopausa e a baixa estratosfera.

Portanto, conclui-se que a tropopausa n˜ao pode ser tratada como uma regi˜ao est´avel, principalmente na regi˜ao equatorial. Ela apresenta varia¸c˜oes na temperatura ao longo do ano, durante per´ıodos maiores de tempo, al´em de sofrer influˆencias de sistemas meteo- rol´ogicos. Tamb´em se localiza em uma altitude mais elevada e com uma menor tempera- tura, em rela¸c˜ao a modelos atmosf´ericos e tamb´em aos valores encontrados na literatura. Logo, espera-se que o atual estudo estimule futuras investiga¸c˜oes desta regi˜ao da atmos- fera, que ´e pouco explorada, principalmente na regi˜ao equatorial.

Por fim, o presente trabalho gerou a publica¸c˜ao de um artigo cient´ıfico, pela Revista de Geociˆencias do Nordeste, publicado em janeiro de 2020, intitulado: Estudo da Dinˆamica da Tropopausa sobre Natal-RN utilizando-se de dados de Radiossondagens de Bal˜oes Meteorol´ogicos (DOI: https://doi.org/10.21680/2447-3359.2020v6n1ID18323). Tamb´em foram publicados resumos simples e expandidos em eventos nacionais e internacionais.

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