CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA BACHARELADO EM METEOROLOGIA
FELIPE JEFERSON DE MEDEIROS
Influência da Temperatura da Superfície do Mar na Ocorrência e Características Físicas dos Sistemas Convectivos no Norte do Nordeste do Brasil
Natal - RN Dezembro - 2017
por
FELIPE JEFERSON DE MEDEIROS
Orientador: Prof. Dr. Weber Andrade Gonçalves
Natal - RN Dezembro - 2017
Monografia apresentada à Coordenação do Curso de Meteorologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do Título de Bacharel em Meteorologia.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Ronaldo Xavier de Arruda – CCET Medeiros, Felipe Jeferson de.
Influência da temperatura da superfície do mar na ocorrência e características físicas dos sistemas convectivos no Norte do Nordeste do Brasil / Felipe Jeferson de Medeiros. - 2017. 45f.: il.
Monografia (Bacharelado em Meteorologia) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Departamento de Ciências Atmosféricas e Climáticas. Orientador: Weber Andrade Gonçalves.
1. Sensoriamento remoto - Monografia. 2. Temperatura de brilho - Monografia. 3. Atividade convectiva - Monografia. 4. ISCCP - Monografia. I. Gonçalves, Weber Andrade. II. Título. RN/UF/CCET CDU 528.8
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA BACHARELADO EM METEOROLOGIA
A Monografia (Influência da Temperatura da Superfície do Mar na Ocorrência e Características Físicas dos Sistemas Convectivos no Norte do Nordeste do Brasil)
elaborada por (FELIPE JEFERSON DE MEDEIROS)
e aprovada por todos os membros da Banca Examinadora foi aceita pelo
Colegiado do Curso de Meteorologia e homologada pelos membros da banca,
como requisito parcial à obtenção do título de BACHAREL EM METEOROLOGIA
Natal, 04 de Dezembro de 2017
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________________ Dr. Weber Andrade Gonçalves (Orientador, DCAC/UFRN)
_________________________________________________ Dr. Cristiano Prestrelo de Oliveira (Membro Interno, DCAC/UFRN)
_________________________________________________
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus, por sempre estar ao meu lado
guiando-me para as guiando-melhores decisões.
A minha família, em especial aos meus pais, Josinete e Flávio, e ao meu
irmão por todos os ensinamentos, educação e incentivo as minhas escolhas.
Também devo muitos agradecimentos ao meu tio Jorge por todo o suporte que
ele me proporcionou/proporciona desde que eu vim morar em Natal.
A minha namorada Wyllka por ter estado ao meu lado, me incentivando,
elogiando, dando conselhos e ouvindo durante várias vezes minhas lamentações
e planos futuros.
A todos os meus colegas de curso que durante esses 4 anos vivenciaram
e tornaram mais descontraídos os dias na universidade. Destaco a amizade de
Wellingson, Cho-Luck, Rafaela e Italo que foram os meus amigos mais próximos.
Rafaela e Italo foram além de companheiros sempre presente na sala de aula,
os amigos que sempre me acompanharam nos congressos assim como no
nosso estágio na EMPARN. Vocês foram fundamentais nessa conquista.
Agradeço a todos os professores do Departamento de Ciências
Atmosféricas e Climáticas (DCAC) pelos os conhecimentos compartilhados e
experiências vividas. Agradeço de modo especial ao Prof. Dr. Bergson Guedes
Bezerra que foi o meu primeiro tutor na carreira acadêmica.
Ao meu orientador, Dr. Weber Andrade Gonçalves, um agradecimento
mais que especial. Obrigado professor por toda amizade, companheirismo,
conselhos, ensinamento e disponibilidade em me auxiliar. Sou fã da sua postura
profissional e amor pela meteorologia.
As Dra. Ana Cleide Bezerra Amorim e Cati Elisa de Avila Valadão pelas
ajudas e dicas nos dados de Temperatura da Superfície do Mar e Oscilação
Madden-Julian.
Essa pesquisa foi desenvolvida no âmbito do projeto intitulado “Análise
diagnóstica dos climas atual e futuro sobre o Leste do Nordeste Brasileiro”
financiada pelo CNPq, cujo número do processo é 44103/2015-2.
RESUMO
Este estudo investigou a variabilidade de ocorrência e características físicas dos
Sistemas Convectivos (SC) durante o outono austral (Março a Maio) no Norte do
Nordeste do Brasil (NNEB) considerando-se diferentes cenários de atuação dos
efeitos El Niño-Oscilação Sul (ENSO) e do Gradiente inter-hemisférico da
superfície do mar do Atlântico (GradATL) no período de 1984-2008. Para tanto,
foram utilizados dados de identificação dos SC provenientes do ISCCP-Tracking
e dados de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) mensal para a região do
Niño 3.4 (170°W-120°W, 5°S-5°N), Atlântico Tropical Norte (5-20°N, 60-30°W) e
Sul (0-20°S, 30°W-10°E) do NOAA - Extended Reconstructed Sea Surface
Temperature V3b (NOAA_ERSST_V3). Uma alta variabilidade na ocorrência de
SC foi observada. Relacionando essa variabilidade com as TSM, observou-se
de modo geral que as maiores detecções de SC ocorreram quando as condições
oceânicas estavam favoráveis a chuva no NNEB (presença de La Niña no
Pacífico e gradiente apontando para o sul no Atlântico Tropical), enquanto as
menores detecções foram observadas no cenário neutro (ausência de El Niño e
La Niña, assim como de gradiente inter-hemisférico no Atlântico Tropical). Com
relação a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), observou-se que ela
provavelmente estava mais ativa nos cenários favorável, El Niño/GradATL_S e
La Niña/GradATL_N, ou seja, quando pelo menos um oceano estava favorável
ao padrão de chuvas no NNEB. Nesses cenários as características físicas e
morfológicas dos SC indicaram que eles foram maiores, mais penetrativos e com
maior atividade convectiva em seu interior, enquanto que nos cenários
desfavorável e neutro eles foram menores e menos convectivos.
Palavras-chave: Sensoriamento remoto, temperatura de brilho, atividade
ABSTRACT
This study investigated the variability of the number of occurrence and physical
features of Convective Systems (CS) during the autumn season (from March to
May) over the Northern Northeast Brazil (NNEB). Five different scenarios were
considered based on the El Niño-Southern Oscilation (ENSO) as well as the
inter-hemispheric Gradient of the Atlantic sea surface (GradATL) from 1984 to 2008.
The data used in this research were from ISCCP-Tracking (CS identification) and
monthly Sea Surface Temperature (SST) data for the Niño 3.4 (170°W-120°W,
5°S-5°N), North (5-20°N, 60-30°W) and South (0-20°S, 30°W-10°E) Tropical
Atlantic regions from NOAA - Extended Reconstructed Sea Surface Temperature
V3b (NOAA_ERSST_V3). A high variability in the occurrence of Convective
Systems was observed. Relating this variability with the SST, it was noticed that
CS occurrence was mainly observed when the oceanic conditions were favorable
to rainfall over the NNEB (simultaneous occurrence of La Niña and southward
SST gradient in the intertropical Atlantic) while CS occurrence was poorly
observed in the neutral scenario (absence of El Niño and La Niña, as well as the
absence of SST anomalies on the Northern and Southern Atlantic Tropical). In
relation to Intertropical Convergence Zone (ITCZ), the results showed that it was
more active in the favorable scenarios, El Niño/GradATL_S e La
Niña/GradATL_N, i.e., when at least one ocean was favorable to the NNEB
rainfall pattern. In these scenarios the physical features of CS indicated they were
larger, more penetrative and had more convective activity associated, while in the
unfavorable and neutral scenarios they were smaller and less convective.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Localização da área de estudo, onde o retângulo em preto delimita o
Norte do Nordeste do Brasil (NNEB)... ... 18
Figure 2: Série temporal da TSM nas áreas do Niño 3.4 (azul) e GradATL
(vermelho). Os valores médios de anomalias de novembro a fevereiro são
plotados para o Niño3.4 e os valores de março a maio representam o GradATL.
As linhas tracejadas indicam os limiares para classificação das ATSM em El Niño
e
La
Niña
no
Pacífico
e
GradATL_N
e
GradATL_S
no
Atlântico...20
Figura 3: Quantidade de Sistemas Convectivos (SC) detectados anualmente na
estação do outono austral (MAM) no Norte do Nordeste do Brasil (NNEB). Os
marcadores x (desfavorável), ○ (favorável), ◊ (neutro), □ (El Niño/Grad_S) e ∆
(La Niña/Grad_N) representam os padrões oceânicos.... ... 23
Figura 4: Distribuição de frequência da (a) Temperatura Média; (b) Temperatura
Mínima; (c) Fração Convectiva e (d) Raio dos SC no Norte do Nordeste do Brasil
durante MAM nos diferentes padrões oceânicos da região tropical... ... 27
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Variáveis do ISCCP-Tracking analisados para cada SC. ... 19
Tabela 2: Anos selecionados em cada categoria de padrão oceânico de acordo
com as manifestações do fenômeno El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e do
gradiente inter-hemisférico da superfície do mar do Atlântico (GradATL),
considerando-se o período de 1984-2008
.. ... 21
Tabela 3: Porcentagem e média da ocorrência dos sistemas convectivos para
cada cenário de padrão oceânico com as respectivas magnitudes das anomalias
de TSM na região do Niño3.4 e GradATL. Os valores nos parênteses
correspondem à média das porcentagens... .. 24
LISTA DE ABREVIATURAS
AL
–
Alagoas
ATSM
–
Anomalias de Temperatura da Superfície do Mar
ATN
–
Atlântico Tropical Norte
ATS
–
Atlântico Tropical Sul
BA
–
Bahia
CE
–
Ceará
CPC
–
Climate Prediction Center
DESF
–
Desfavorável
DSA
–
Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais
DOL
–
Distúrbios Ondulatórios de Leste
D.P (+)
–
Desvio Padrão Positivo
D.P (-)
–
Desvio Padrão Negativo
ENOS
–
El Niño-Oscilação Sul
FAV
–
Favorável
ForTraCC
–
Forecasting and Tracking the Evolution of Cloud Cluster
GradATL – Gradiente inter-hemisférico da superfície do mar do
Atlântico
GMS
–
Geostationary Meteorological Satellite
GOES
–
Geostationary Operational Environmental Satelllite
GradATL_S –
GradATL apontando para o sul do equador
GradATL_N –
GradATL apontando para o norte do equador
INPE
–
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
INSAT
–
Indian National Satellite System
ISCCP
–
International Satellite Cloud Climatology Project
LI
–
Linhas de Instabilidade
MA
–
Maranhão
MAM
–
Março-Abril-Maio
NCEP
–
National Centers for Environmental Prediction
NDJF
–
Novembro-Dezembro-Janeiro-Fevereiro
NEU
–
Neutro
NNEB
–
Norte do Nordeste do Brasil
NOAA
–
National Oceanic & Atmospheric Administration
OMJ
–
Oscilação de Madden-Julian
PE
–
Pernambuco
PI
–
Piauí
PB
–
Paraíba
RN
–
Rio Grande do Norte
SC
–
Sistemas Convectivos
SE
–
Sergipe
TSM
–
Temperatura da Superfície do Mar
VCAN
–
Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis
ZCIT
–
Zona de Convergência Intertropical
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ...……...
vi
LISTA DE TABELAS ...…...
vii
LISTA DE ABREVIATURAS ... viii
1- INTRODUÇÃO ...……...
1
2 –REFERÊNCIAS ....………... 8
3- NORMAS DO PERIÓDICO...………... 12
1. INTRODUÇÃO
O Norte do Nordeste do Brasil (NNEB), situado entre as latitudes de 2° e 11°S
e as longitudes 45° e 34,7°W, engloba quase a totalidade territorial dos nove estados
do Nordeste do Brasil: Maranhão (MA), Piauí (PI), Ceará (CE), Rio Grande do Norte
(RN), Paraíba (PB), Pernambuco (PE), Alagoas (AL), Sergipe (SE) e Bahia (BA). Essa
região é caracterizada por apresentar uma alta variabilidade interanual e intrassazonal
de precipitação (Wainer e Soares, 1997).
Apesar da estação mais chuvosa na região ser o outono austral (março, abril,
maio
– MAM) em função principalmente do deslocamento meridional da Zona de
Convergência Intertropical (ZCIT) (Uvo et al., 1998, Marengo et al., 2013;
Hounsou-gbo et al., 2015), que atinge sua posição mais ao sul entre os meses de março e abril
(Hastenrath e Lamb, 1977), vários outros sistemas meteorológicos atuam na região
em diferentes escalas espaciais e temporais: Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis
(VCAN) (Kousky e Gan, 1981), Distúrbios Ondulatórios de Leste (DOL) (Torres e
Ferreira, 2011), Linhas de Instabilidade (LI) (Kousky, 1980) e Complexos Convectivos
de Mesoescala (Souza et al., 1998).
Rao et al., (2002) comentam que cerca de 35% a 50% do total anual de
precipitação no NNEB ocorre em MAM em virtude da migração para o sul da ZCIT.
Sua posição e intensidade são sensíveis as condições dinâmicas e termodinâmicas
associadas ao Gradiente inter-hemisférico de temperatura da Superfície do Mar no
Atlântico (GradATL) (Moura e Shukla, 1981). O GradATL é identificado pela diferença
entre as Anomalias de Temperatura da Superfície do Mar (ATSM) sobre as áreas
Norte (5-20°N, 60-30°W) e Sul (0-20°S, 30°W-10°E) do Oceano Atlântico tropical.
Valores positivos do GradATL representam um gradiente de ATSM direcionado para
o Atlântico Norte (GradATL_N), valores negativos indicam um gradiente de ATSM
direcionado para o Atlântico Sul (GradATL_S) (De Souza et al., 2005).
A ocorrência de ATSM positivas no setor norte do equador no Atlântico tropical
favorece o posicionamento da ZCIT mais ao norte da sua posição climatológica, que
em geral, associam-se com anos secos no NNEB (Uvo et al., 1998, Hastenrath, 2006).
Quando o oposto ocorre, isto é, ATSM no Atlântico sul encontra-se mais quente que
o Atlântico norte a ZCIT tende a posicionar-se ao sul da posição climatológica, sendo
verificados anos chuvosos no NNEB.
Além da importância do Oceano Atlântico tropical, o Oceano Pacífico equatorial
também desempenha um papel fundamental na precipitação no NNEB. De fato, anos
com anomalias positivas de precipitação em relação a climatologia tem sido atribuída
a episódios de La Niña, que é caracterizado por um resfriamento anormal nas águas
superficiais do Oceano Pacífico leste e central e pelos padrões dos ventos alísios mais
fortes (Hastenrath, 2012). Já quando verifica-se a presença de El Niño, que é
caracterizado pelo enfraquecimento de larga escala
dos ventos alísios
e aquecimento
das camadas superficiais da região leste e central do oceano Pacífico,
normalmente
são observados anos com anomalias negativas de chuva (Hastenrath, 2012).
Vários estudos têm mostrado que a variação do regime de precipitação em
MAM no NNEB está relacionado com padrões de anomalia de circulação atmosférica
em escala global associado com as fases quente (El Niño) e fria (La Niña) do
fenômeno climático global El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e pelas anomalias do
Gradiente inter-hemisférico de temperatura da superfície do mar do Atlântico
(GradATL) (Moura e Shukla, 1981; Coelho et al., 2002; Lucena et al., 2011). Trabalhos
como o de Alves et al., (1997); Ferreira e Mello, (2005) mostram que, quando o El
Niño acontece conjuntamente com o GradATL_N, anos secos ou muito secos são
verificados no NNEB, já quando se tem a atuação de La Niña associada ao
GradATL_S, normalmente são verificados anos chuvosos ou muito chuvoso na região.
A influência conjunta dos oceanos tropicais no regime de precipitação no NNEB
é bem aceita pela comunidade científica, entretanto, vários estudos têm buscado
investigar qual oceano é mais relevante na variabilidade de precipitação no NNEB
(Andreoli e Kayano, 2007; Mahajan et al., 2010; Amorim, 2016). Os resultados têm
indicado que a variabilidade da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) do Atlântico,
especialmente a bacia do Atlântico sul, é a forçante dominante das anomalias de
precipitação no NNEB, enquanto que a influência remota do Pacífico, em
determinadas ocasiões pode reforçar estas anomalias, mas em outros casos pode ter
efeitos opostos, de modo que estas anomalias sejam enfraquecidas (Kayano et al.,
2013).
Todos esses padrões oceano-atmosfera de grande escala induzem mudanças
na circulação troposférica associada às células de Hadley (norte-sul) e Walker
(leste-oeste), influenciando os movimentos convectivos no NNEB de acordo com o
deslocamento dos ramos ascendentes e descentes (Varejão, 2007).
De acordo com o modelo de circulação meridional da atmosfera, para a zona
equatorial de baixa pressão convergem os ventos provenientes dos cinturões
subtropicais de alta pressão (localizados em torno de 30°N e 30°S), impulsionados
pela força do gradiente de pressão e defletidos por efeito de rotação da terra (força de
Coriolis). Esse padrão de circulação caracteriza a célula de Hadley, cujo ramo
ascendente estar na proximidade do equador e o ramo descendente a cerca de 30°
de latitude (Varejão, 2007). No entanto, dependendo do GradATL, verifica-se
movimento ascendente/descendente anômalo sobre a região equatorial centrada em
5°S (De Souza et al., 2005).
Durante o ENOS também verifica-se que os ramos ascendentes e
descendentes da célula de Walker sofrem mudanças de localização e intensidade
dependendo da fase. As regiões de movimento ascendentes (descendentes) estão
associadas a formação (inibição) da precipitação. Na fase neutra observa-se que o
ramo ascendente mais intenso localiza-se sobre as proximidades da Austrália,
Indonésia e outro mais fraco sobre o oeste da África e no norte da América do Sul. Na
fase quente (El Niño) a circulação de Walker sofre mudanças significativas. O ramo
ascendente é deslocado para o Pacífico central e passa a predominar sobre o NNEB
movimentos subsidentes. Já na fase fria (La Niña) o padrão de circulação da célula
de Walker é semelhante ao observado durante a fase neutra. A diferença é em relação
a intensidade, que torna-se maior, ou seja, os movimentos convectivos no NNEB são
reforçados (De Souza et al., 2005; Andreoli e Kayano, 2006).
Outro fator atmosférico que modula a convecção intrassazonal no NNEB é a
Oscilação Madden-Julian (OMJ) (Repelli et al., 1998; Kayano e Kousky, 1999;
Carvalho et al., 2002; De Souza e Ambrizzi, 2006). Esta oscilação inicia na região do
Oceano Índico e propaga-se para leste sobre a região tropical em um ciclo de vida
que varia na escala de 30-90 dias. A medida que a oscilação vai se propagando é
formada uma região de convecção ativa seguida por uma região de supressão.
Valadão et al., (2017) mostraram que o padrão de precipitação sobre o Nordeste do
Brasil apresenta mudanças substanciais a medida que a OMJ propaga-se para leste
com os maiores impactos no NNEB durante MAM ocorrendo nas fases 2-3 (anomalias
positivas) e 5-6 (anomalias negativas).
No Nordeste do Brasil, a precipitação é resultante tanto de Sistemas
Convectivos (SC) quanto de nuvens estratiformes. Os SC são bandas de nuvens
geradas pela interação de células convectivas, podendo ocorrer em diversas escalas
espaciais e temporais. Eles apresentam fortes correntes ascendentes e
descendentes, enquanto as nuvens estratiformes apresentam movimento vertical
relativamente fraco e precipitação leve (Hong et al., 2000).
Para estudar várias características radiativas das nuvens e buscando melhorar
o entendimento que os efeitos das nuvens tem sobre o clima, Schiffer e Rossow (1983)
iniciaram em 1983 a fase de coleta de dados operacionais do International Satellite
Cloud Climatology Project (ISCCP).
Este projeto teve como característica principal obter a cobertura globalmente
uniforme de vários índices de nuvens, possibilitando a realização de vários estudos
para validar climatologia, melhorar algoritmos de convecção, a modelagem dos efeitos
das nuvens nos modelos climáticos e investigar o papel das nuvens no balanço de
radiação atmosférica e no ciclo hidrológico.
Utilizando essa base dados, Machado e Rossow (1993) identificaram três
grandes áreas de ocorrência de SC nos trópicos: a Floresta Amazônica, Floresta do
Congo e Indonésia. Além disso, os autores analisaram diversas características dos
SC, tais como, formato, estrutura, efeitos radiativos, entre outros.
Machado et al., (1998) em outro estudo utilizando a base de dados do ISCCP,
analisaram 1 ano de dados (Julho 1987 – Junho 1988) de identificação dos SC para
estudar a evolução das propriedades morfológicas e radiativas das nuvens ao longo
dos ciclos de vida dos sistemas convectivos profundos sobre a América, tanto nas
latitudes tropicais como médias. Os resultados demonstram uma relação direta entre
o tamanho e a duração dos sistemas convectivos, bem como características comuns
de crescimento, maturação e dissipação. Por outro lado, algumas diferenças entre SC
continentais e oceânicos ficaram evidentes.
Machado e Laurent (2004) atentos a encontrar parâmetros preditores da
evolução dos SC que pudessem ajudar a previsão desses sistemas e
consequentemente reduzir a vulnerabilidade a eventos climáticos extremos,
analisaram a relação entre a expansão da área dos SC com seu ciclo de vida. Os
autores encontraram que é possível estimar a maior probabilidade de duração dos SC
considerando apenas sua taxa de crescimento durante sua fase de iniciação.
Ainda na temática da previsão de curto prazo, Vila et al., (2008) desenvolveram
e validaram um algoritmo para rastreamento e previsão de características radiativas e
morfológicas dos SC ao longo dos seus ciclos de vida. A partir do algoritmo, que utiliza
imagens do canal infravermelho (10,8 μm) de satélites geoestacionários, os autores
observaram que foi possível prever o deslocamento dos sistemas de acordo com os
passos de tempo anteriores. Este algoritmo é portanto, uma boa ferramenta para fazer
previsões de tempestades.
Gonçalves (2013) usando 26 anos de dados de identificação e rastreamento
provenientes do ISCCP-Tracking realizou uma climatologia global dos SC. Assim
como em pesquisas anteriores, o autor observou que as maiores ocorrências dos SC
ocorrem na região tropical, principalmente sobre a Floresta Amazônica, Floresta do
Congo e Sahel e a região da Indonésia. Outros aspectos analisados no estudo foram
várias propriedades físicas e morfológicas dos SC nas regiões tropicais, extratropicais,
continentais e oceânicas.
Foi observado que os SC tropicais apresentam temperaturas mais baixas e que
a convecção é, em geral, mais intensa do que sobre os extratrópicos. Com relação
aos SC continentais e oceânicos, foi comentado que sobre as áreas continentais, os
SC são menores, duram menos, porém, são mais penetrativos e com maior atividade
convectiva dos que os sistemas oceânicos.
Sabendo que grande parte dos acumulados de precipitação estão diretamente
associados à ocorrência dos SC e observando a escassez de estudos sobre o
Nordeste do Brasil, Medeiros e Gonçalves (2016) analisaram várias características
físicas e morfológicas dos SC em dois anos extremos tanto para o aumento como para
a diminuição da precipitação. Os resultados encontrados indicaram que no ano
favorável houve uma maior ocorrência dos SC e que eles foram maiores, intensos e
mais profundos em comparação ao ano desfavorável.
É na região tropical portanto, que grande parte da convecção de todo o globo
é observada, mais de 55% do total (Gonçalves 2013), favorecendo que a maior parte
da precipitação seja resultante de atividade convectiva (Houze, 1981; Velasco e
Fritsch, 1987).
Especificamente sobre o NNEB, Palharini e Vila (2017) comentam que a
ocorrência de nuvens com perfil vertical estratiforme é elevada, mas a taxa de
precipitação associada é pequena. Por outro lado, as nuvens provenientes dos SC
apesar da menor ocorrência relativa, apresentam alta taxa de precipitação.
Além da importância na precipitação, os SC também recebem destaque nas
trocas de calor e momento entre a troposfera e a tropopausa (Gonçalves, 2013),
troposfera e a estratosfera (Schoder et al., 2006) e no balanço de vapor de água
(Gamache e Houze JR, 1983). Devido a esses e diversos outros fatores, o
rastreamento dos SC passou a ser uma ferramenta operacional bastante útil em
diversos centros de meteorologia no Brasil e no Mundo.
No Brasil, na Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais (DSA) do Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) um método de identificação e
acompanhamento de SC é utilizado, o Forecasting and Tracking the Evolution of Cloud
Cluster (ForTraCC). O ForTraCC utiliza imagens do canal infravermelho (10.8 µm) de
satélites geoestacionários para fornecer informações a respeito das características
físicas e morfológicas dos SC com base na temperatura do topo de nuvens (Vila et al.,
2008). Utilizando o algoritmo do ForTraCC é possível, por exemplo estimar quais SC
estão se intensificando, desintensificando e tornando-se estável em um intervalo de
tempo de até 2 horas.
Apesar de todos esses fatores que mostram a importância dos SC para a
previsão de curto prazo (nowcasting) e entendimento do tempo e clima na região,
verifica-se na literatura que são escassos os estudos que analisam a relação entre
ATSM com a ocorrência de SC no NNEB. A maioria dos trabalhos restringem-se a
analisar apenas como a distribuição espacial e temporal da precipitação é alterada de
acordo com padrões oceânicos (Moura e Shukla, 1981; Nobre e Shukla, 1996; De
Souza et al., 2005; Andreoli e Kayano, 2007; Lucena et al., 2011; Kayano et al., 2013;
Tedeschi e Collins, 2016).
No entanto, existe uma base de dados globais 26 anos de SC International
Satellite Cloud Climatology Project-Tracking (ISCCP-Tracking), que pode ser utilizada
para avaliar várias características físicas e morfológicas dos SC. Compreender essas
características poderá trazer importantes subsídios às atividades de previsão do
tempo e previsão climática.
Diante dessa necessidade, o presente estudo tem como objetivo geral
quantificar e analisar os SC no NNEB durante o outono austral considerando
diferentes cenários nos Oceanos Pacífico e Atlântico. Especificamente os objetivos
são:
Compor cenários de padrões oceânicos relacionados com ATSM dos Oceanos
Pacífico e Atlântico;
Analisar a variabilidade da ocorrência dos SC.
Avaliar as características físicas e morfológicas dos SC de acordo com os
cenários oceânicos propostos.
Considerando esses objetivos, a monografia apresentada a seguir, feita em
formato de artigo, busca contribuir e motivar estudos posteriores na temática dos
sistemas convectivos na região do Nordeste do Brasil.
REFERÊNCIAS
ALVES, J. M. B.; DE SOUZA, E. B.; REPELLI, C. A.; VITORINO, M. I.; FERREIRA, N.
S. Episódios de La Niña na Bacia do Oceano Pacífico Equatorial e a Distribuição de
Chuvas no Setor Norte do Nordeste Brasileiro. Revista Brasileira de Meteorologia.
v.12, p.63-76. 1997.
AMORIM, A. C. B. Influência de subregiões do Atlântico tropical na precipitação no
leste do nordeste brasileiro. Tese de doutorado. Programa de Pós-Graduação em
Ciências Climáticas, 144pp, 2016.
ANDREOLI, R. V.; KAYANO, M. T. A importância relativa do Atlântico tropical sul e
Pacífico leste na variabilidade de precipitação do Nordeste do Brasil. Revista Brasileira
de Meteorologia, v.22, n.1, p.63-74, 2007.
ANDREOLI, R. V.; KAYANO, M. T. Tropical Pacific and South Atlantic effects on
rainfall variability over Northeast Brazil. International Journal of Climatology, v.26,
p.1895-1912, 2006.
CARVALHO, L. M. V.; JONES, C.; SILVA DIAS, M. A. F. Intraseasonal large-scale
circulations and mesoscale convective activity in tropical South America during the
TRMM-LBA campaign. Journal of Geophysical Reserach, v.107, LBA 9–1–LBA 9–20,
2002.
COELHO, C. A. S.; UVO, C. B.; AMBRIZZI, T. Exploring the impacts of the tropical
Pacific SST on the precipitation patterns over South America during ENSO periods.
Theor Appl Climatol, v.71, p.185
–197, 2002.
DE SOUZA, E. B.; AMBRIZZI, T. Modulation of the intraseasonal rainfall over tropical
brazil by the Madden–Julian oscillation. International Journal of Climatology, v.26,
n.13, p.1759–1776, 2006.
FERREIRA, A. G.; MELLO, N. G. S. Principais sistemas atmosféricos atuantes sobre
a região nordeste do Brasil e a influência dos oceanos Pacífico e Atlântico no clima da
região. Revista Brasileira de Climatologia. 2005.
GAMACHE, J. F.; HOUZE JR, R. A. Water budget of a mesoscale convective system
in the Tropics. Journal of the Atmospheric Sciences, v.40, p.1835-1850, 1983.
GONÇALVES, W. A. Uma avaliação do efeito dos aerossóis na organização e
estrutura das nuvens convectivas. Tese de doutorado. Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais, 158 pp, 2013.
HASTENRATH, S. Circulation and teleconnection mechanisms of Northeast Brazil
droughts. Progress in Oceanography, v.70, n.2–4, p.407–415, 2006.
HASTENRATH, S. Exploring the climate problems of Brazil's Nordeste: a review.
Climatic Change, v.112, n.2, p.243
–251, 2012.
HASTENRATH, S.; HELLER, L. Dynamics of climate hazards in Northeast Brazil.
Quartely Journal of the Royal Meteorological Society, v.103, p.77-92, 1977.
HONG, Y.; HAFERMAN, J. L.; OLSON, W. S.; KUMMEROW, C. D. Microwave
brightness temperatures from tilted convective systems. J. Applied Meteorology, v.39,
p.983–998. 2000.
HOUZE, R. A. Structure of atmospheric precipitation system: A global survey. Radio
Sci, v.16, p.671-689. 1981.
LUCENA, D. B.; SERVAIN, J.; FILHO, M. F. G. Rainfall Response in Northeast Brazil
from Ocean Climate Variability during the Second Half of the Twentieth Century.
Journal of Climate, v.24, p.6174-6184, 2011.
KAYANO, M. T.; ANDREOLI, R. V.; SOUZA, R. A. F. Relations between ENSO and
the South Atlantic SST modes and their effects on the South America rainfall.
International Journal of Climatology, v.33, p.2008-2023, 2013.
KAYANO, M. T.; KOUSKY, V. E. Intraseasonal (30-60 day) variability in the global
tropics: Principal models and their evolution. Tellus, v.51, p.373-386, 1999.
KOUSKY, V. E. Diurnal rainfall variation in Northeast Brazil. Monthly Weather Review,
n.108, p.488–498, 1980.
KOUSKY, V. E.; GAN, M. A. Upper tropospheric cyclonic vortices in the tropical South
Atlantic. Tellus, v.33, p.538–551, 1981.
MACHADO, L. A. T.; LAURENT, H. The Convective System Area Expansion over
Amazonia and Its Relationships with Convective System Life Duration and High-Level
Wind Divergence. Monthly Weather Review, v.132, p.714-725, 2004.
MACHADO, L. A. T.; ROSSOW, W. B. Structural characteristics and radiative
properties of tropical cloud clusters. Monthly Weather Review, v.121, p.3234–3260,
1993.
MACHADO, L. A. T.; ROSSOW, W. B.; GUEDES, R. L.; WALKER, A. W. Life cycle
variations of mesoscale convective cystems over the Americas. Monthly Weather
Review, v.126, p.1630-1654, 1998.
MAHAJAN, S.; SARAVAN, R.; CHANG, P. Free and Forced Variability of the Tropical
Atlantic Ocean: Role of the Wind-Evaporation-Sea Surface Temperature Feedback.
Journal of Climate, v.23, p.5958-5977, 2010.
MEDEIROS, F. J.; GONÇALVES, W. A. Análise dos sistemas convectivos sobre o
Nordeste do Brasil em anos extremos. Anais do XIX Congresso Brasileiro de
Meteorologia, João Pessoa, 2016.
MOURA, A. D.; J. SHUKLA. On the dynamics of droughts in Northeast Brazil:
Observations, theory and numerical experiments with a general circulation model. J.
Atmos. Sci. v.38, p.2653-2675. 1981.
NOBRE, P.; SHUKLA, J. Variations of sea surface temperature, wind stress, and
rainfall over the tropical Atlantic and South America. Journal of Climate, v.9,
p.2464-2479, 1996.
PALHARINI, R. S. S.; VILA, D. A. Climatological behavior of precipitating in the
Northeast Region of Brazil. Advances in Meteorology, 12 pp, 2017.
RAO, V. B.; SANTO, C. E.; FRANCHITO, S. H. A diagnosis of rainfall over South
America during the 1997–98 El Niño event. Part I: Validation of NCEP-NCAR
reanalysis rainfall data. Journal of Climate, v.15, p.502–521, 2002.
REPELLI, C. A.; SOUZA, E. B.; QUADRO, M. F. L.; ALVES, J. M. B.; SAKAMOTO, M.
S. O episódio de chuvas intensas no Nordeste Brasileiro no final de Março/1997:
Influências da oscilação de 30-60 dias. Revista Brasileira de Meteorologia, v.13,
p.9-18, 1998.
SCHIFFER, R. A.; Rossow, W. B. The International Satellite Cloud Climatology Project
(ISCCP): The First Project of the World Climate Research Programme. Bull. Amer.
Meteor. Soc., v.64, p.779-784, 1983.
SCHODER, M.; KONIG, M.; SCHMETZ, J. Deep convection observed by the Spinning
Enhanced Visible and Infrared Imager on board Meteosat 8: Spacial distribution and
temporal evolution over Africa in summer and winter 2006. Journal of Geophysical
Research, v.114, n. D5, p.1984-2012, 2006.
SOUZA, E. B.; ALVES, J. M. B.; REPELLI, C. A. Um complexo convectivo de
mesoescala associado a precipitação intensa sobre Fortaleza-CE. Revista Brasileira
de Meteorologia, v. 13, n.2, p.01-14, 1998.
TEDESCHI, R.; COLLINS, M. The influence of ENSO on South American precipitation
during austral summer and autumn in observations and models. International Journal
of Climatology. v.36, n.2, p.618-635, 2016.
TORRES, R. R., FERREIRA, N. J. Case Study of Easterly Wave Disturbances over
Northeast Brazil using the Eta Model. Weather and Forecasting, v.26, p.225-235.
2011.
UVO, C. B.; REPELLI, C. A.; ZEBIAK, S. E.; KUSHNIR, Y. The relationships between
Tropical Pacific and Atlantic SST and Northeast Brazil Monthly Precipitation. Journal
of Climate. v.11, p.551-562, 1998.
VALADÃO, C. E. A.; CARVALHO, L. M. V.; LUCIO, P. S.; CHAVES, R. R. Impacts of
the Madden-Julian oscillation on intraseasonal precipitation over Northeast Brazil.
International Journal of Climatology, v.37, p.1859-1884, 2017.
VAREJÃO-SILVA, M. A.; Meteorologia e Climatologia, Versão Digital 2, Recife, 2006,
463p.
VELASCO, I.; FRITSCH, J. M. Mesoscale convective complexes in the Americas. J.
Geophys. Res. v.92, p.9591-9613. 1987.
VILA, D. A., MACHADO, L. A. T., LAURENT, H., VELASCO, I. Forecast and tracking
the evolution of cloud cluster (Fortracc) using satellite infrared imagery: methodology
and validation. Weather and Forecasting, v.28, p.233-245, 2008.
WAINER, I.; SOARES, J. North northeast Brazil rainfall and its decadal-scale
relationship to wind stress and sea surface temperature. Geophysical Research
Letters, v.24, n.3, p.277-280, 1997.
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INFLUENCE OF SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE OCURRENCE AND
PHYSICAL FEATURES OF CONVECTIVE SYSTEMS ON THE NORTHERN
NORTHEAST BRAZIL
FELIPE JEFERSON DE MEDEIROS AND WEBER ANDRADE GONÇALVES
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Departamento de Ciências Atmosféricas e Climáticas, Natal-RN, Brasil.
felipetkd_@hotmail.com, goncalves.weber@gmail.com
ABSTRACT: This study investigated the variability of occurrence and physical features of Convective Systems (CS) during the autumn season (from March to May) over the Northern Northeast Brazil (NNEB). Five different scenarios were considered of the El Niño-Southern Oscilation (ENSO) effect as well as the inter-hemispheric gradient tropical of Atlantic (GradATL) from 1984 to 2008. For this, data from ISCCP-Tracking Database and monthly Sea Surface Temperature (SST) data for the area of Niño3.4 (170° W-120° W, 5°S-5°N), North (5-20°N, 60-30°W) and South (0-20°S, 30°W-10°E) Tropical Atlantic from NOAA_ERSST_V3 were used in this research. A high variability in the occurrence of CS was observed, with the major (minor) detections when the oceanic conditions were favorable (neutral) to rainfall in NNEB. The physical features of CS in the favorable, El Niño/GradATL_S and La Niña/GradATL_N oceanic patterns, indicated they were larger, more penetrative and had more convective activity associated, while in the unfavorable and neutral scenarios they were smaller and less convective.
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR NA OCORRÊNCIA
E CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS SISTEMAS CONVECTIVOS NO NORTE DO
NORDESTE DO BRASIL
RESUMO: Este estudo investigou a variabilidade de ocorrência e características físicas dos Sistemas Convectivos (SC) durante o outono austral no Norte do Nordeste do Brasil (NNEB) considerando-se diferentes cenários de atuação dos efeitos El Niño-Oscilação Sul (ENSO) e do Gradiente inter-hemisférico da superfície do mar do Atlântico (GradATL) no período de 1984-2008. Para tanto, foram utilizados dados de identificação dos SC provenientes do ISCCP-Tracking e de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) na região do Niño 3.4 (170°W-120°W, 5°S-5°N), Atlântico tropical norte (5-20°N, 60-30°W) e sul (0-20°S, 30°W-10°E) do NOAA_ERSST_V3. Uma alta variabilidade na ocorrência de SC foi observada, com as maiores (menores) ocorrências quando as condições oceânicas estavam totalmente favoráveis (neutras) a precipitação no NNEB. As características físicas dos SC nos padrões oceânicos favorável, El Niño/GradATL_S e La Niña/GradATL_N indicaram que os SC foram maiores, mais penetrativos e com maior atividade convectiva em seu interior, enquanto que nos cenários desfavorável e neutro foram menores e menos convectivos.
1. INTRODUÇÃO
O Norte do Nordeste do Brasil (NNEB) apresenta uma alta variabilidade interanual e intrassazonal de precipitação, com mecanismos físicos que ocorrem na interface oceano-atmosfera controlando a ocorrência de eventos extremos (e.g., secas e enchentes) (Wainer e Soares, 1997).
Vários sistemas meteorológicos atuam na região em diferentes escalas espaciais e temporais: Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) (Uvo et al., 1998), Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) (Kousky e Gan, 1981), Distúrbios Ondulatórios de Leste (DOL) (Torres e Ferreira, 2011), Linhas de Instabilidade (LI) (Kousky, 1980) e Complexos Convectivos de Mesoescala (Souza et al., 1998).
Apesar de todos esses sistemas, a precipitação no NNEB restringe-se a poucos meses do ano, sendo a estação mais chuvosa o outono austral (março, abril, maio – MAM), em função principalmente do deslocamento meridional da ZCIT (Uvo et al., 1998; Marengo et al., 2013; Hounsou-gbo et al., 2015), que atinge sua posição mais ao sul entre os meses de março e abril (Hastenrath e Lamb, 1977). Rao et al., (2002) comentam que cerca de 35% a 50% do total anual de precipitação no NNEB ocorre em MAM devido a migração para o sul da ZCIT.
Sua posição e intensidade são sensíveis as condições dinâmicas e termodinâmicas associadas ao Gradiente inter-hemisférico de temperatura da Superfície do Mar no Atlântico (GradATL) (Moura e Shukla, 1981). A ocorrência de Anomalias de Temperatura da Superfície do Mar (ATSM) positivas no setor norte do equador no Atlântico tropical favorece o posicionamento da ZCIT mais ao norte da sua posição climatológica, que em geral, associam-se com anos secos no NNEB (Uvo et al., 1998; Hastenrath, 2006). Anos chuvosos são geralmente observados quando as ATSM com padrões opostos estão presentes.
Além da importância do Oceano Atlântico tropical, o Oceano Pacífico equatorial também desempenha um papel fundamental na precipitação no NNEB. De fato, anos com anomalias positivas (negativas) de precipitação em relação a climatologia tem sido atribuída a episódios de La Niña (El Niño) (Hastenrath, 2012). Vários estudos têm mostrado que a variação do regime de precipitação em MAM no NNEB estar relacionado com padrões de anomalia de circulação atmosférica em escala global
associado com as fases quente (El Niño) e fria (La Niña) do fenômeno climático global El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e pelas anomalias do Gradiente inter-hemisférico de temperatura da superfície do mar do Atlântico (GradATL) (Moura e Shukla, 1981; Coelho et al., 2002; Lucena et al., 2011).
T
rabalhos como o de Alves et al., (1997); Ferreira e Mello, (2005) mostram que, quando o El Niño acontece conjuntamente com o GradATL_N, anos secos ou muito secos são verificados na NNEB, já quando se tem a atuação de La Niña associada ao GradATL_S, normalmente são verificados anos chuvosos ou muito chuvoso na região.A influência conjunta dos oceanos tropicais no regime de precipitação no NNEB é bem aceita pela comunidade científica, entretanto, vários estudos têm buscado investigar qual oceano é mais relevante na variabilidade de precipitação no NNEB (Andreoli e Kayano, 2007; Mahajan et al., 2010; Amorim, 2016). Os resultados têm indicado que a variabilidade da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) do Atlântico, especialmente a bacia do Atlântico sul, é a forçante dominante das anomalias de precipitação no NNEB, enquanto que a influência remota do Pacífico, em determinadas ocasiões pode reforçar estas anomalias, mas em outros casos pode ter efeitos opostos, de modo que estas anomalias sejam enfraquecidas (Kayano et al., 2013).
Todos esses padrões oceano-atmosfera de grande escala induzem mudanças na circulação troposférica associada às células de Walker (leste-oeste) e Hadley (norte-sul), influenciando os movimentos convectivos no NNEB de acordo com o deslocamento dos ramos ascendentes e descendentes.
Outro fator atmosférico que modula a convecção intrassazonal no NNEB é a Oscilação Madden-Julian (OMJ) (Repelli et al., 1998; Kayano e Kousky, 1999; Carvalho et al., 2002; De Souza e Ambrizzi, 2006; Valadão et al., 2017). Esta oscilação inicia na região do Oceano Índico e propaga-se para leste sobre a região tropical em um ciclo de vida que varia na escala de 30-90 dias. A medida que a oscilação vai se propagando é formada uma região de convecção ativa seguida por uma região de supressão. Valadão et al., (2017) mostraram que o padrão de precipitação sobre o Nordeste do Brasil apresenta mudanças substanciais a medida que a OMJ propaga-se para leste com os maiores impactos no NNEB durante MAM ocorrendo nas fases 2-3 (anomalias positivas) e 5-6 (anomalias negativas).
No Nordeste do Brasil, a precipitação é resultante tanto de Sistemas Convectivos (SC) quanto de nuvens estratiformes. Os SC são bandas de nuvens geradas pela interação de células convectivas, podendo ocorrer em diversas escalas espaciais e temporais. SC apresentam fortes correntes ascendentes e descendentes, enquanto os estratiformes apresentam movimento vertical relativamente fraco e precipitação leve (Hong et al., 2000). Especificamente sobre o NNEB, Palharini e Vila (2017) comentam que a ocorrência de nuvens com perfil vertical estratiforme é elevada, mas a taxa de precipitação associada é pequena. Por outro lado, as nuvens provenientes dos SC apesar da menor ocorrência relativa, apresentam alta taxa de precipitação.
Além da importância na precipitação, os SC também recebem destaque nas trocas de calor e momento entre a troposfera e a tropopausa (Gonçalves, 2013), troposfera e a estratosfera (Schoder et al., 2006) e no balanço de vapor de água (Gamache e Houze JR, 1983). Devido a esses e diversos outros fatores, o rastreamento dos SC passou a ser uma ferramenta operacional bastante útil em diversos centros de meteorologia no Brasil e no Mundo.
No Brasil, na Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais (DSA) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) um método de identificação e acompanhamento de SC é utilizado. O
Forecasting and Tracking the Evolution of Cloud Cluster (ForTraCC) utiliza imagens do canal
infravermelho (10.8 µm) de satélites geoestacionários para fornecer informações a respeito das características físicas e morfológicas dos SC com base na temperatura do topo de nuvens (Vila et al., 2008). Utilizando o algoritmo do ForTraCC é possível, por exemplo estimar quais SC estão se intensificando, desintensificando e tornando-se estável em um intervalo de tempo de até 2 horas.
Apesar de todos esses fatores que mostram a importância dos SC para a previsão de curto prazo (nowcasting) e entendimento do tempo e clima na região, verifica-se na literatura que são escassos os estudos que analisam a relação entre ATSM com a ocorrência de SC no NNEB. A maioria dos trabalhos restringem-se a analisar apenas como a distribuição espacial e temporal da precipitação é alterada de acordo com padrões oceânicos (Moura e Shukla, 1981; Nobre e Shukla, 1996; De Souza et al., 2005; Andreoli e Kayano, 2007; Lucena et al., 2011; Kayano et al., 2013; Tedeschi e Collins, 2016).
Sendo assim, os objetivos deste trabalho são: (1) Compor cenários de padrões oceânicos relacionados com ATSM dos oceanos Pacífico e Atlântico; (2) Quantificar os SC atuantes no NNEB durante o outono austral de acordo com esses padrões oceânicos; (3) Analisar as propriedades físicas e morfológicas desses SC.
2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 – Material
2.1.1 – Área de estudo
A região de estudo compreende as latitudes de 2° e 11°S e as longitudes de 45° e 34,7°W (Figura 1). Esta área chamada de Norte do Nordeste do Brasil (NNEB) engloba todos os noves estados da região Nordeste: Maranhão (MA), Piauí (PI), Ceará (CE), Rio Grande do Norte (RN), Paraíba (PB), Pernambuco (PE), Alagoas (AL), Sergipe (SE) e Bahia (BA).
Figura 1: Localização da área de estudo, onde o retângulo em preto delimita o Norte do Nordeste do Brasil (NNEB).
2.1.2 – Sistemas convectivos
As características físicas e morfológicas dos SC aqui analisadas para o outono austral sobre o NNEB são provenientes da base de dados do International Satellite Cloud Climatology Project
(ISCCP-Tracking), que contém dados disponíveis desde de julho de 1983 até junho de 2008 (Schiffer e Rossow,
1985), com resolução temporal e espacial de 3 horas e 30 km, respectivamente. Compõem sua base de dados cinco satélites meteorológicos geoestacionários: Geostationary Operational Environmental
Satelllite East (GOES-E), Geostationary Operational Environmental Satelllite West (GOES-W), Meteosat, Indian National Satellite System (INSAT) e Geostationary Meteorological Satellite (GMS).
No ISCCP-Tracking, dois limiares de temperatura de brilho são utilizados na identificação dos SC. O primeiro limiar 𝑇𝐼𝑅 < 245 K identifica os SC, enquanto o outro 𝑇𝐼𝑅 < 220 K é para encontrar
áreas de convecção severa no interior dos SC.
A partir da identificação dos SC, de acordo com a temperatura de brilho, diversas características físicas e morfológicas foram analisadas, conforme apresentado na tabela 1.
Tabela 1: Variáveis do ISCCP-Tracking analisados para cada SC. Variáveis
Raio (km)
Fração Convectiva %
Temperatura Média (SC) (K)
Temperatura Mínima (SC) (K)
Devido a disponibilidade dos dados e os meses de estudo serem MAM, o período utilizado esteve contido entre março de 1984 a maio de 2008, totalizando mais de 24 anos completos de dados. Dos cinco satélites geoestacionários do ISCCP-Tracking, dois realizam a cobertura espacial sobre o NNEB, GOES-E e Meteosat. No entanto, devido a problemas com as imagens do GOES-E em alguns anos, utilizou-se apenas o satélite Meteosat.
2.1.3 – Temperatura da superfície do mar
Os dados mensais de TSM para a região do Niño 3.4 (170°W-120°W, 5°S-5°N), Atlântico Tropical Norte (ATN) (5-20°N, 60-30°W) e Sul (ATS) (0-20°S, 30°W-10°E) foram obtidos do National
Oceanic and Atmospheric Administration – Extended Reconstructed Sea Surface Temperature V3b (NOAA_ERSST_V3) (Smith, 2008).
Especificamente neste estudo foram utilizados as ATSM do Niño 3.4, pois apenas seu índice é suficiente para fornecer a intensidade e as ocorrências dos fenômenos de El Niño e La Niña (Trenberth, 1997; Chen e Chung, 2015). A escolha das áreas do Atlântico foi em concordância com trabalhos anteriores que calcularam o GradATL para aplicações diversas (Servain, 1991; Amorim, 2016). O termo GradATL é definido como a diferença entre a TSM do ATN
–
ATS. Estas áreas são utilizadas pelo2.2 – Metodologia
Para o cálculo das ATSM, adotou-se o seguinte procedimento:
i. Com base no período de 1981-2010 calculou-se a média climatológica da TSM nos meses de NDJF para a região do Niño 3.4 e MAM nas regiões do ATN e ATS. ii. Em seguida, obteve-se a média dos meses NDJF e MAM em cada ano do período de
estudo (1984-2008) para o Oceano Pacífico (Niño 3.4) e Atlântico (GradATL), respectivamente.
iii. Calculou-se a diferença entre as TSM nos meses NDFJ e MAM de cada ano pelo o respectivo valor climatológico.
Como resultado deste procedimento, obteve-se as ATSM do Niño 3.4 e do GradATL no período de 1984-2008 (Figura 2). Esses valores de ATSM serão utilizados a seguir para classificar os anos nos diversos padrões oceânicos.
Figura 2: Série temporal da TSM nas áreas do Niño 3.4 (azul) e GradATL (vermelho). Os valores médios de anomalias de novembro a fevereiro são plotados para o Niño3.4 e os valores de março a maio representam o GradATL. As linhas tracejadas indicam os limiares para classificação das ATSM em El Niño e La Niña no Pacífico e GradATL_N e GradATL_S no Atlântico.
Para selecionar os eventos ENSO e GradATL utilizou-se os critérios definidos por De Souza et al., (2005). Segundo os autores, episódios de El Niño (La Niña) são identificados por ATSM ≥ 0,5°C
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 T em pe ratu ra (° C) ANOS NIÑO 3.4 GradATL
(≤-0,5°C) no período de novembro a fevereiro (NDJF) na região do Niño 3.4 no Pacífico, enquanto as manifestações do GradATL_N (GradATL_S) são identificadas por ATSM ≥ 0,2°C (≤ -0,2°) no período de março a maio (MAM) no Atlântico. Para os anos neutros considerou-se os valores de ATSM compreendidos entre o intervalo > -0,5° e < 0,5°C no Niño3.4 e > -0,2 e < 0,2°C no GradATL.
Definido os limiares de ATSM para classificação dos eventos conforme proposto por De Souza et al., (2005), os seguintes padrões oceânicos foram selecionados para analisar as influências das condições oceânicas nos SC sobre o NNEB:
i) Desfavorável (DESF), i.e., quando ocorre a manifestação simultânea de El Niño no Pacífico e GradATL apontando para o norte;
ii) Favorável (FAV), i.e., manifestação simultânea de La Niña no Pacífico e GradATL apontando para o sul;
iii) Neutro (NEU), i.e., ausência de El Niño e La Niña, assim como de GradATL Norte e Sul;
iv) El Niño e GradATL_S (El Niño/Grad_S), i.e., manifestação de El Niño no Pacífico e GradATL apontando para o sul;
v) La Niña e GradATL_N (La Niña/Grad_N), i.e., manifestação de La Niña no Pacífico e GradATL apontando para o norte.
A última etapa da metodologia consistiu em classificar quais anos de 1984 a 2008 se enquadrava em cada padrão oceânico descrito acima. A tabela 2 lista esses anos de acordo com as condições dos Oceanos Pacífico e Atlântico.
Tabela 2: Anos selecionados em cada categoria de padrão oceânico de acordo com as manifestações do fenômeno El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e do gradiente inter-hemisférico da superfície do mar do Atlântico (GradATL), considerando-se o período de 1984-2008.
Composições Anos de ocorrências
DESF 1987, 1992, 1998, 2005, 2007
FAV 1984, 1985, 1989, 2000, 2001, 2008
NEU 1990, 1993, 2002
El Niño/Grad_S 1988, 2003
Após a classificação dos cenários nos diversos anos presentes na série de dados do
ISCCP-Tracking, a ocorrência e as características físicas e morfológicas dos sistemas convectivos foram
avaliadas a partir de estatísticas simples.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
O outono austral (MAM) é a estação mais afetada pelas variabilidades interanuais no NNEB e a que apresenta os maiores acumulados pluviais (Marengo et al., 2013; Hounsou-gbo et al., 2015). Neste sentido, esta sessão do trabalho apresenta uma avaliação das características físicas e morfológicas dos Sistemas Convectivos em MAM e suas relações com os padrões de ATSM sobre os oceanos tropicais. Contudo, antes de se avaliar as características físicas e morfológicas serão apresentadas a evolução temporal da ocorrência dos SC durante MAM e os anos associados a cada categoria de padrão oceânico (Figura 3). Observa-se que os anos de máxima ocorrência de SC foram 1985, 1988, 1989 e 2008 e os mínimos 1990, 1992, 1993, 1998 e 2004. Nos anos de 1984, 1986, 1994, 1995, 1996, 2000, 2006 e 2007 a ocorrência de SC foi superior a média e inferior a um desvio padrão positivo [D.P(+)], enquanto em 1987, 1991, 1997, 1999, 2001, 2002, 2003 e 2005 ficou abaixo da média e acima de um desvio padrão negativo [D.P(-)].
Alguns dos anos de máxima (mínima) ocorrência de SC coincide com o padrão oceânico FAV (DESF) às chuvas no NNEB, como é o caso por exemplo de 1985, 1989 e 2008 (1992 e 1998). No entanto, outros anos considerados FAV ou DESF não apresentaram o mesmo comportamento, como em 1984, 2000, 2001 (FAV) e 1987, 2005, 2007(DESF). No cenário El Niño/Grad_S o ano de 1988 apresentou o total de 2075 SC detectados, enquanto que em 2003 a ocorrência caiu para 1433. Uma possível explicação para este fato pode ser os maiores valores de ATSM no oceano Pacífico na região do Niño 3.4 (Figura 2) que pode ter provocado maiores alterações na circulação da célula de Walker, contribuindo para reduzir os movimentos ascendentes em 2003. No La Niña/Grad_N o total de SC detectado foi 1793. Já os anos neutros (1990, 1993, 2002) foram caracterizados pela baixa ocorrência de SC. Todos os anos nesse cenário apresentaram ocorrência abaixo da média, com a menor quantidade de SC em toda série temporal sendo observado no ano de 1990 (958), nos quais os padrões oceânicos do Pacífico e Atlântico encontravam-se próximos da normalidade (Figura 2).
Figura 3: Quantidade de Sistemas Convectivos (SC) detectados anualmente na estação do outono austral (MAM) no Norte do Nordeste do Brasil (NNEB). Os marcadores x (desfavorável), ○ (favorável), ◊ (neutro), □ (El Niño/Grad_S) e ∆ (La Niña/Grad_N) representam os padrões oceânicos.
Calculando a porcentagem de SC em MAM em comparação ao total anual (Tabela 3), observa-se que a porcentagem média no cenário FAV (48%) é superior a todos os demais padrões oceânicos, no entanto, as diferenças para os cenários de La Niña/Grad_N, El Niño/Grad_S e DESF são pequenas, na ordem dos 3%. Ou seja, em média aproximadamente 50% das ocorrências dos SC no NNEB ocorreram no outono austral, com exceção dos anos neutros, onde essa porcentagem de detecção cai para 39,6%.
Como em MAM o principal sistema meteorológico atuante no NNEB é a ZCIT (Hastenrath and Heller, 1977; Silva et al., 2006; Lucena et al., 2011; Marengo et al., 2013; Hounsou-gbo et al., 2015) é admissível relacionar essas porcentagens de SC em função da atividade convectiva da ZCIT mais ou menos ativa. Sendo assim, o resultado acima dar fortes indícios da importância ZCIT para a região, que mesmo em anos com padrões oceânicos na região tropical totalmente desfavoráveis a ocorrência de precipitação, elevadas porcentagens de SC são provavelmente observadas em decorrência da convecção ocasionada pelas instabilidades atmosféricas em função da sua posição.
É importante destacar que durante MAM outros sistemas meteorológicos (VCAN, DOL, LI, etc) afetam a convecção e distribuição de precipitação no NNEB (Kousky, 1980; Kousky e Gan, 1981;
500 1000 1500 2000 2500 3000 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Dete c ç ão S C (MA M) Anos Total SC (MAM) Média D.P (+) D.P (-)
Torres e Ferreira, 2011), no entanto, esta identificação dos sistemas meteorológicos não foi o objetivo desta pesquisa. Por isso, não é possível afirmar que todos os SC observados em MAM são necessariamente em virtude da ZCIT. Isto justifica o motivo pela qual a discussão foi conduzida em função da ZCIT mais ou menos ativa e não com afirmações conclusivas sobre o sistema meteorológico em si.
Tabela 3: Porcentagem e média da ocorrência dos sistemas convectivos para cada cenário de padrão oceânico com as respectivas magnitudes das anomalias de TSM na região do Niño3.4 e GradATL. Os valores nos parênteses correspondem à média das porcentagens.
ANOMALIAS DE TSM
(%)
NDJF
MAM
LA NIÑA¹/ GradATL_S¹/
EL NIÑO² GradATL_N² DESF FAV NEU EL_NIÑO/GRAD_S LA_NIÑA/GRAD_N
(45,1) (48,0) (39,6)
(46,0)
(46,5)
1984
-0,6¹
-0,6¹
−
51,8
−
−
−
1985
-1,0¹
-0,6¹
−
40,6
−
−
−
1986
−
−
−
−
−
1987
1,2²
0,2²
46,3
−
−
−
−
1988
0,9²
-0,2¹
−
−
−
47,6
−
1989
-1,8¹
-0,9¹
−
46,5
−
−
−
1990
−
−
33,9
−
−
1991
−
−
−
−
−
1992
1,6²
0,4²
45,9
−
−
−
−
1993
−
−
40,0
−
−
1994
−
−
−
−
1995
−
−
−
−
−
1996
−
−
−
−
−
1997
−
−
−
−
−
1998
2,3²
0,3²
36,1
−
−
−
−
1999
−
−
−
−
−
2000
-1,6¹
-0,3¹
−
44,1
−
−
−
2001
-0,6¹
-0,2¹
42,9
−
−
−
2002
−
−
45,0
−
−
2003
1,3²
-0,3¹
−
−
−
44,5
−
2004
−
−
−
−
−
2005
0,7²
0,9²
51,0
−
−
−
2006
-0,7¹
0,3²
−
−
46,5
2007
0,9²
0,3²
46,1
−
−
−
−
2008
-1,3¹
-0,4¹
−
62,4
−
−
−
𝑆𝐶
̅̅̅̅
1409
1954
1158
1754
1793
Ainda de acordo com a tabela 3 é possível perceber uma alta variabilidade na porcentagem de SC. Considerando os padrões oceânicos, o cenário DESF exibiu a maior porcentagem de SC no ano de 2005 (51%) e a menor em 1998 (36,1%). Neste ano (1998) teve-se a atuação de um dos El Niños mais fortes já registrados (ATSM igual a 2,3°C) (Timmermann et al. 1999), de modo que a baixa porcentagem de SC provavelmente foi resposta as mudanças nos padrões de circulação da célula de Walker, haja visto que durantes eventos de El Niño um de seus ramos descendentes concentra-se sobre o NNEB, favorecendo os movimentos subsidentes (Chaves e Cavalcanti 2001, Veiga et al. 2013). No cenário FAV, a maior porcentagem de SC foi no ano de 2008 (62,4%) e a menor em 1985 (40,6%). No cenário neutro, observa-se as menores porcentagens de SC de toda a série temporal tanto no ano com maior porcentagem (2000, 45%) como no menor (1990, 33,9%). No cenário El Niño/Grad_S, as porcentagens de SC foram próximas, a maior porcentagem ocorreu em 1988 (47,6%) e a menor em 2003 (44,5%). Nestes anos o valor do GradATL foi similar, mas o valor da ATSM na região do Niño3.4 no ano de menor porcentagem de SC (2003) foi superior em 0,4°C (Tabela 3), apontando para uma possível influência maior do oceano Pacífico. Só um ano se enquadrou no cenário La Niña/Grad_N (2006), então a porcentagem de SC corresponde a média (46,5%).
Transformando essa quantidade média de SC de porcentagens para números inteiros, observa-se que a quantidade de SC nos anos neutros (1158) é 40,7% inferior em comparação aos anos FAV (1954). Nos demais cenários (La Niña/GradATL_N, El Niño/GradATL_S e DESF) a quantidade média de SC é 1793, 1754 e 1409, respectivamente.
Para verificar se o padrão oceânico favorável (FAV) além de conter a maior quantidade média de SC, apresentava também as melhores condições para o desenvolvimento vertical e horizontal, computou-se a distribuição de frequência de 4 variáveis associadas as características físicas e morfológicas dos SC (Figura 4).
Segundo Machado e Rossow (1993), quanto menor for a temperatura de brilho do sistema, maior é a possibilidade de desenvolvimento vertical. Sendo assim, com base na distribuição de frequência da temperatura média (Figura 4a) nota-se de um modo geral para temperaturas inferiores a 225 K são observadas maiores frequências de ocorrência nos cenários FAV, La Niña/Grad_N e El Niño/Grad_S em comparação aos cenários DESF e NEU (predominância de SC com temperaturas superiores a 235K).
