4.2 Espectro vertical da energia total transiente
4.3.1 Padr~oes de variabilidade
Os padr~oes de variabilidade da circulac~ao projectada sobre uma dada componente vertical, m, da atmosfera observada foram obtidos pela diagonalizac~ao da matriz de vari^ancia-covari^ancia cujos elementos s~ao estimados por
SO0 = 1 N ;1 N X t=1 w0 (t)w0 0 (t) (4.3)
onde os ndices e 0 t^em o mesmo signi cado que o de nido na secc~ao 3.8, i.e.,
(msl) e 0
(
0ms0l0). A equac~ao 4.3 constitui um estimador centrado da
matriz de vari^ancia-covari^ancia da variabilidade total e a teoria apresentada na secc~ao 3.8 e integralmente aplicavel a diagonalizac~ao desta matriz. Futuramente, de acordo com a notac~ao utilizada no cap tulo 3, e quando o contexto for claro, designaremos o padr~ao de variabilidade associado a PC de ordemn por EOFn.
Os modos considerados para a CPCA da componente barotropica foram o modo de Kelvin zonal e os modos de Rossby com numero de onda zonal s 5 e ndice
meridionall 10 (cf. g. 4.3). Nas guras 4.8, 4.9 e 4.10 apresentam-se os padr~oes
de variabilidade associados, respectivamente, a primeira, segunda e terceira PCs. As energias associadas a estas PCs representam, respectivamente, 15.9%, 10.9% e 7.8% da energia total transiente da componente barotropica.
O padr~ao de variabilidade da primeira PC ( g. 4.8) esta associado a variac~ao da amplitude da depress~ao a sudoeste das Aleutas, e, sobre o Atl^antico, a uma oscilac~ao meridional da massa da atmosfera entre uma regi~ao, centrada na Gronel^andia, e uma banda zonal em torno da latitude 45oN, estendendo-se desde a costa oriental dos
Estados Unidos ate ao Norte da Europa.
Saravanan 1998] realizou uma analise em componentes principais sobre as medias mensais de Inverno (Dezembro a Marco) do campo de geopotencial aos 500 hPa, nas reanalises do NCEP referentes ao per odo de 1973-95. Nesse estudo, Saravanan calcu- lou, separadamente, as PCs sobre a regi~ao do Pac co e sobre o Atl^antico. O padr~ao associado com a primeira PC da componente barotropica, representado na gura 4.8, capta simultaneamente as variabilidades representadas pela primeira EOF sobre o Pac co e pela primeira EOF sobre o Atl^antico, obtidas na analise de Saravanan.
A segunda EOF da componente barotropica ( g. 4.9) representa tambem uma oscilac~ao meridional de massa da atmosfera sobre o Atl^antico Norte, com uma estru-
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Variabilidade Climatica nas Reanalises do NCEP
tura semelhante a quarta EOF livre da componente barotropica simulada pelo MU AGCM, embora com o centro da circulac~ao anticiclonica deslocado cerca de 20o para
oeste. Sobre a regi~ao do Pac co e America do Norte a EOF2 apresenta uma estrutura reminiscente da PNA.
O padr~ao associado a EOF3 ( g. 4.10) lembra o padr~ao de teleconex~ao do Atl^antico Este (EA) de Wallace e Gutzler 1981]. No entanto, o padr~ao da EOF3 esta em quadratura com o padr~ao EA, como se pode veri car pela comparac~ao da gura 4.11 com as guras 12 e 13 de Wallace e Gutzler 1981].
Os padr~oes de teleconex~ao da PNA e da NAO aparecem, na literatura e nos re- sultados obtidos com as simulac~oes do MU AGCM, como dois modos distintos que representam as maiores fracc~oes da variabilidade da circulac~ao atmosferica extratro- pical sobre a regi~ao do Pac co/America do Norte e sobre a regi~ao Euro-Atl^antica, respectivamente. No entanto, entre as EOFs da componente barotropica da atmosfera NCEP n~ao se encontrou nenhum padr~ao que representasse individualmente a PNA, embora se possam observar caracter sticas deste padr~ao de teleconex~ao nos padr~oes associados as duas primeiras EOFs.
A primeira e segunda EOFs da componente barotropica representam oscilac~oes meridionais de massa da atmosfera sobre o Atl^antico Norte, caracter sticas da NAO. No que respeita a PNA, ela aparece reproduzida na EOF1 ( g. 4.8) mas com o centro de teleconex~ao sobre o noroeste do Canada mal de nido (cf. g. 3.23). De notar, tambem, que o mapa de correlac~ao da PC1 com o campo da temperatura aos 850 hPa ( g. 4.12) mostra os padr~oes caracter sticos de anomalias da temperatura da NAO e da PNA, sendo de notar, igualmente, a exist^encia de uma correlac~ao negativa sobre o Pac co Tropical. Atendendo a que temperatura aos 850 hPa reecte a temperatura a superf cie, a correlac~ao sobre o Pac co Tropical e indicativa da teleconex~ao entre as SSTs naquela regi~ao e a PNA. De notar, ainda, que enquanto o mapa de correlac~ao da PC1, sobre o Atl^antico Norte, apresenta caracter sticas advectivas, sobre a regi~ao do Pac co e America do Norte, as anomalias do campo de temperatura tendem a ser coincidentes com as anomalias do geopotencial, indicando, neste caso, uma estrutura vertical equivalente a barotropica. A EOF2 apresenta, tambem, uma a estrutura reminiscente da PNA, com uma circulac~ao anticiclonica bem de nida sobre o Canada. Os mapas de correlac~oes da PC2 com a temperatura aos 850 hPa ( g. 4.13) mostram, ainda, uma estrutura reminiscente da PNA e, sobre a regi~ao Euro-Atl^antica, um padr~ao de anomalias que se assemelha ao padr~ao caracter stico da NAO.
4.3 Componente barotropica
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As observac~oes do paragrafo anterior sugerem que os padr~oes de teleconex~ao da PNA e da NAO, que n~ao foram individualizados pela PCA, estejam presentes con- juntamente nas duas primeiras EOFs, podendo, eventualmente, ser obtidos separa- damente atraves de combinac~oes lineares adequadas daquelas duas EOFs. De facto, em muitos estudos (e.g., Kushnir e Wallace 1989]! Renshaw et al. 1998]), os padr~oes de variabilidade da circulac~ao atmosferica foram revelados utilizando um metodo de rotac~ao das EOFs ou das PCs. Num artigo de revis~ao, Richman 1986] apresentou varios metodos de rotac~ao das PCs e das EOFs, discutindo os meritos de cada um. Num estudo mais recente, Cheng et al. 1995] argumentaram que as EOFs rodadas s~ao menos sens veis a utuac~oes estat sticas de amostragem do que as corresponden- tes EOFs n~ao rodadas, e sugeriram que as EOFs rodadas s~ao mais e cientes a isolar padr~oes de circulac~ao com signi cado f sico.
As guras 4.14 e 4.15 representam, respectivamente, os padr~oes de circulac~ao as- sociados com as seguintes combinac~oes lineares das duas primeiras EOFs
1 p 2 (EOF2 + EOF1) (4.4) 1 p 2 (EOF2;EOF1): (4.5)
A gura 4.14 mostra o padr~ao de teleconex~ao da NAO e a gura 4.15 reproduz, agora, um padr~ao de teleconex~ao da PNA, semelhante ao obtido com o MU AGCM (cf. g. 3.23).
As projecc~oes (PCs) da componente barotropica sobre os padr~oes 4.4 e 4.5 s~ao dadas, respectivamente, pelas express~oes
1 p 2 (PC2 + PC1) (4.6) 1 p 2 (PC2;PC1): (4.7)
As guras 4.16 e 4.17 mostram, respectivamente, os mapas de correlac~oes das PCs 4.6 e 4.7 com a temperatura nos 850 hPa. A gura 4.16 mostra o padr~ao caracter stico das anomalias da temperatura, resultantes da advecc~ao por anomalias da circulac~ao asso- ciadas a NAO. O mapa da gura 4.17 mostra as anomalias da temperatura associadas a PNA, sendo de notar, pela localizac~ao dos centros das anomalias da temperatura, que a PNA deve possuir uma estrutura barotropica equivalente. Estes resultados con- cordam com os resultados obtidos para a atmosfera simulada (cf. sec. 3.8.2), que
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Variabilidade Climatica nas Reanalises do NCEP
indicam que a estrutura vertical da PNA deve ser equivalente a barotropica, enquanto que a NAO deve possuir caracter sticas barocl nicas Perlwitz e Graf, 1995].
Os padr~oes dados pelas combinac~oes lineares 4.4 e 4.5 s~ao ortogonais entre si, sendo as energias, associadas as projecc~oes da circulac~ao sobre cada padr~ao, dadas pelas vari^ancias das respectivas PCs. Deste modo, a energia transiente da componente barotropica continua a ser dada pela soma das energias associadas as duas PCs rodadas e das energias associadas as PCs n~ao rodadas, de ordem superior a segunda. As PCs 4.6 e 4.7 possuem, portanto, o mesmo signi cado f sico das PCs n~ao rodadas mas perdem a ortogonalidade temporal entre si.
De notar, nalmente, que embora as guras 4.14 e 4.15 representem padr~oes de circulac~ao de maior signi cado f sico, as combinac~oes lineares 4.4 e 4.5 foram obtidas a partir da inspecc~ao visual das guras 4.8 e 4.9, pelo que n~ao s~ao baseadas num criterio objectivo de rotac~ao.
4.3 Componente barotropica
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Figura 4.8: Padr~ao associado com a primeira PC da componente barotropica da at- mosfera NCEP. As unidades do geopotencial e da velocidade do vento s~ao gpm e ms;1,
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4.3 Componente barotropica
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Variabilidade Climatica nas Reanalises do NCEP
Figura 4.11: Projecc~ao estereogra ca polar da circulac~ao extratropical do Hemisferio Norte associada a EOF3.
4.3 Componente barotropica
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Figura 4.12: Mapa de correlac~oes da PC1 da componente barotropica com a tempe- ratura aos 850 hPa.
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4.3 Componente barotropica
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Figura 4.14: Padr~ao associado a combinac~ao linear 1=p
2
fEOF2 +EOF1g(vmax: =
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Figura 4.15: Padr~ao associado a combinac~ao linear 1=p
2
fEOF2;EOF1g(vmax: =
4.3 Componente barotropica
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Figura 4.16: Mapa de correlac~oes da combinac~ao linear 4.6 com a temperatura aos 850 hPa.