O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos

O CLIMA DA TERRA:

Processos, Mudanças e Impactos

Prof. TÉRCIO AMBRIZZI, Ph.D.

Professor Titular

ambrizzi@model.iag.usp.br

Departamento de Ciências Atmosféricas

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas Universidade de São Paulo

PROCESSOS FÍSICOS

Processos climáticos

Transferência de calor e massa na atmosfera O papel dos oceanos

§  Processos climáticos Elementos do Sol

A radiação solar interceptada pela Terra Atributos do sistema Terra-Atmosfera

Efeitos da atmosfera e da superfície da Terra Balanço global da radiação

Médias espaço-temporal do balanço de radiação

§  Transferência de calor e massa na atmosfera (Aula 2,3 e 4) Transferências de energia

Força de Coriolis, jatos e ondas de Rossby Circulação geral da atmosfera

Padrões secundários da circulação atmosférica Padrões regionais de circulação atmosférica Massas de ar, frentes e ciclones extratopicais A previsão de tempo

Clima da Terra em geral

§  O papel dos oceanos

Processos climáticos do oceano As oscilações El Niño – La Niña

EL NIÑO

E

LA NIÑA

El Niño – Oscilação Sul

fenômeno natural,

incontrolável pelo Homem

conhecendo-o e prevendo-o, porém, o Homem pode prevenir- se ou mesmo beneficiar-se dos seus impactos no clima

INTRODUÇÃO

El Niño – Oscilação Sul

componente oceânica

componente atmosférica

esta interação entre o oceano e a

atmosfera é uma das principais fontes de

variabilidade do clima no planeta

Oscilação Sul (componente atmosférica)

relação inversa entre a pressão atmosférica na superfície entre

Darwin (Austrália) e Tahiti (Pacífico Sul)

efeito “ _gangorra ” ⇒ quando um local apresenta a

pressão mais alta que o normal,

o outro apresenta mais baixa

Pressão Tahiti

-

Pressão Darwin

= +

Pressão Tahiti

-

Pressão Darwin

= -

Indíce de Oscilação Sul (IOS)

Durante a ocorrência de um evento El Niño é comum informações diversas, inclusive alarmistas, serem transmitidas pelos meios de comunicação sobre os impactos que podem ocorrer no clima mundial, causando apreensão na população.

Muitos prejuízos sócio-econômicos ocorreram durante vários eventos de El Niño, mas os efeitos deste fenômeno sobre um local nem sempre serão iguais aos de episódios anteriores.

Explicações básicas sobre o fenômeno são em geral apresentadas para a população de uma forma confusa, dificultando ainda mais sua compreensão.

AQUI VEREMOS:

⇒   definição do El Niño;

⇒   sua relação com a circulação

atmosférica sobre o Pacífico Tropical;

⇒   principais efeitos sobre a América do Sul e do mundo;

⇒   avanços, dificuldades e dúvidas encontradas pelos cientistas ao

compreender e prever o fenômeno.

Desde o descobrimento das Américas há registros da ocorrência do El Niño. Pescadores peruanos observavam anos em que havia a ocorrência anômala de águas quentes na costa do país e a enorme redução da quantidade de peixes próximo à época do Natal, dando o nome de El Niño ao fenômeno (menino Jesus, em espanhol).

O que é El Niño?

É o aquecimento anômalo das águas

superficiais do Pacífico Equatorial Oriental.

v  tem duração típica de 12 a 18 meses

v  reaparece normalmente em intervalos de dois a sete anos

v  evolução típica:

•  inicia no começo do ano (abril-maio)

•  atinge máxima intensidade durante dezembro do mesmo ano (e janeiro do próximo ano)

•  enfraquece na metade do segundo ano

Características do El Niño

Os ventos observados no Pacífico Equatorial sopram de leste para oeste, empilhando a água na costa da Ásia. “ventos alísios”

o nível do mar no Pacífico oeste é cerca de 70 cm mais alto que na costa das Américas

Uma camada de água quente (temperatura da ordem de 28 ºC) com cerca de 100 m de espessura é normalmente mantida no oeste do Pacífico. As águas quentes superficiais são separadas das águas oceânicas mais frias e profundas pela termoclina.

Essa camada de água quente vai progressivamente diminuindo de espessura para leste, até que na costa do Peru seja praticamente inexistente (com aproximadamente apenas 40 m de espessura), onde predominam águas frias (temperatura da ordem de 15 ºC), que surgem das profundezas oceânicas.

Essas águas frias são ricas em nutrientes, permitindo a manutenção de diversos ecossistemas marinhos e atraindo cardumes.

EM ANOS NORMAIS:

TSM normal em dezembro

Em anos sem El Niño, há forte movimento ascendente (de ar úmido e quente) e baixa pressão atmosférica na

superfície (favorecendo a formação de nuvens e chuva) na região da Indonésia e setores norte/nordeste da Austrália;

enquanto que há movimento subsidente (de ar seco e frio) e alta pressão atmosférica na superfície (inibindo a formação de nuvens e chuva) no Pacífico Leste, principalmente na costa oeste da América do Sul.

baixa pressão

atmos- férica

alta pressão

atmos- férica

IMPORTANTE:

a distribuição da temperatura da superfície do mar influencia na Célula de Walker e vice-versa, formando

um sistema acoplado oceano-atmosfera.

ventos alísios próximo à superfície

movimento ascendente na região da

Indonésia

ventos de oeste em altos níveis

(próximo à tropopausa)

movimento subsidente no Pacífico Leste

Célula de Walker

(padrão de circulação de grande-escala sobre o Pacífico Equatorial)

+ + +

Em condições normais, observam-se águas superficiais relativamente mais frias no Pacífico Equatorial Leste, junto à costa oeste da América

do Sul, e relativamente mais aquecidas no Pacífico Equatorial Oeste, próximo à costa australiana e região da Indonésia. Os ventos alísios

sopram de leste para oeste favorecendo a ressurgência próximo à costa oeste da América do Sul.

Ver: http://www.cptec.inpe.br/enos/animacao.shtml

⇒

A diferença do nível do mar entre a parte leste e oeste diminui e a camada de água quente, que se encontra no Pacífico oeste, desloca-se para leste, eventualmente atingindo a costa do Peru.

O QUE OCORRE EM ANOS DE EL NIÑO?

⇒

Com o surgimento das águas quentes no Pacífico Central, os ventos alísios perdem intensidade, podendo até inverter de direção em algumas regiões do Pacífico Equatorial.

⇒

Os ventos de oeste em altos níveis também perdem intensidade sobre o Pacífico tropical leste.

⇒

Isto provoca o aumento da profundidade da termoclina no Pacífico Tropical Leste

Com a alteração no regime de ventos, as nuvens que normalmente produzem chuvas abundantes na parte oeste do Oceano Pacífico, próximo à Indonésia, deslocam-se para leste, para o Pacífico Central e, posteriormente, para a costa oeste da América do Sul, trazendo chuvas para esta região.

Há, portanto, mudanças na estrutura da Célula de Walker

durante eventos El Niño.

Ver: http://www.cptec.inpe.br/enos/animacao.shtml

As condições que indicam a presença do Fenômeno El Niño são o enfraquecimento dos ventos alísios e o aumento da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Oceano Pacífico Equatorial Leste. Como

conseqüência, ocorre uma diminuição das águas mais frias que afloram próximo à costa oeste da América do Sul.

PERDAS SÓCIO-

ECONÔMICAS

(muito mais fraco)

anomalias quentes avançaram para leste apenas até o Pacífico Central, aumentando ali a TSM em 1 ºC.

NO MUNDO: a estrutura das águas mais quentes observadas no Pacífico Tropical durante um evento El Niño pode variar de um episódio para outro, contribuindo para as variações dos impactos gerados pelo fenômeno.

o evento

1997/98

(um dos mais fortes do ultimo século) aumentou TSM próxima ao Peru em 5 ºC

o evento

1986/87

DJF

JJA

E L

N

I

Ñ

O

provoca alterações nas condições climáticas de várias regiões do planeta, devido à grande quantidade de energia envolvida no processo de formação da chuva.

Secas no Nordeste do Brasil, no norte da Austrália, Indonésia e no sudeste da África ou enchentes no Sul e Sudeste do Brasil, no Peru, Equador e parte do leste africano, podem decorrer do fenômeno.

Em algumas regiões pode-se observar temperaturas

mais elevadas que o normal, como no Sudeste do

Brasil, enquanto em outras ocorrem temperaturas mais

baixas, como no sudeste dos Estados Unidos.

Lembrando: os impactos sobre um local podem mudar de um evento El Niño para outro!

p.ex.: no norte da Região Sudeste brasileira e no Estado da Bahia

1991/92

chuvas acima do normal

durante o verão

1997/98

secas

Redução das precipitações na maior parte do ano, com exceção dos meses de março a junho que aparentemente não são afetados. A exceção é a costa Pacífica da Colômbia que recebe chuvas intensas no verão.

Equador, Peru, Bolívia e Chile Chuvas intensas nos meses de verão sobre a costa ocidental da América do Sul, que afetam as costas do Equador e do norte do Peru. Secas nos meses de verão sobre as regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia.

Chuvas intensas sobre a região central e sul do Chile na estação de inverno

Centro Oeste

Não há evidências de efeitos pronunciados nas chuvas desta região. Tendência de chuvas acima da média e temperaturas mais altas no sul do MS.

probabilidade de incêndios florestais, principalmente em á r e a s d e f l o r e s t a s degradadas.

Nordeste

Como o leste da Amazônia, s e c a s d e d i v e r s a s intensidades no norte do Nordeste ocorrem durante a estação chuvosa de fevereiro a maio. Sul e oeste do Nordeste não são significativamente afetados.

Sudeste

Moderado aumento das temperaturas médias. Não há padrão características de mudança das chuvas.

Sul

Precipitações abundantes, principalmente na primavera e chuvas intensas de maio a julho. Aumento da temperatura média.

Argentina, Paraguai e Uruguai

Precipitações acima da média no nordeste da Argentina,

Porcentagem da Precipitação Sazonal em relação ao total anual sobre o Brasil (Adaptado do INMET, 2001)

PRIMAVERA

INVERNO

VERÃO OUTONO

Forte - Moderado

Fraco

PRIMAVERA INVERNO

Forte - Moderado

Fraco

Média das Anomalias de Precipitação (mm) observadas nos Episódios El Niño Fortes/Moderados e Fracos (Coelho et al., 1999)

Forte -

Moderado Fraco

OUTONO VERÃO

Forte - Moderado

Fraco

⇒

Como o El Niño, a La Niña também varia em intensidade.

⇒

Fenômeno contrário ao El Niño, ou seja, o resfriamento das águas superficiais no Pacífico Equatorial Central e Leste.

(também chamado “El Viejo” ou “anti-El Niño”)

Outros eventos La Niña registrados ocorreram em: 1904/05,

1908/09, 1910/11, 1916/17, 1924/25, 1928/29, 1938/39, 1950/51, 1955/56, 1964/65, 1970/71, 1973/74, 1975/76, 1988/89, 1995/96 e, mais recentemente, no período de 1998 a 2001.

1995/96

fraco

1988/89

intenso

Durante os episódios La Niña, observa-se uma intensificação da

circulação atmosférica normalmente observada no Pacífico Equatorial.

intensificação da Célula de Walker

Fonte: CPC/NCEP

As condições que indicam a presença do Fenômeno La Niña estão associadas à intensificação dos ventos alísios e ao declínio

da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Pacífico

Equatorial Leste. As águas adjacentes à costa oeste da América do Sul tornam-se ainda mais frias devido à intensificação do

movimento de ressurgência.

Ver: http://www.cptec.inpe.br/enos/animacao.shtml

Principais efeitos no Brasil: durante o verão, há tendência de diminuir a chuva sobre a Região Sul e de aumentá-la em parte do Nordeste Brasileiro e no leste da Amazônia.

⇒

Como o El Niño, em geral a La Niña começa a se desenvolver no início de um ano, atinge sua intensidade máxima no final desse ano e dissipa-se em meados do ano seguinte.

⇒

La Niña apresenta maior variabilidade de impactos, enquanto que o El Niño apresenta um padrão mais consistente.

DJF

JJA

L A

N

I

Ñ

A

PREVISÃO DO EL NIÑO E SEUS IMPACTOS

⇒

No passado, uma compreensão inadequada dos processos físicos relevantes e uma falta de dados observacionais cobrindo vastas áreas dos oceanos tropicais eram alguns dos obstáculos para os cientistas interessados em previsão do El Niño.

⇒

Os dados coletados através do experimento Tropical Ocean Atmosphere (TAO), de monitoramento do Pacífico Equatorial, por exemplo, foram importantes para a previsão e detecção do surgimento do evento El Niño 1997/98.

⇒

Outro experimento que contribuiu para maior compreensão dos processos físicos envolvidos foram o Tropical Ocean and Global Atmosphere Program’s Coupled Ocean-Atmosphere Response (TOGA-COARE), desenvolvido no Pacífico Equatorial Oeste no final

Através do uso de modelos numéricos da atmosfera, a previsão do tempo de até uma semana já é uma realidade nos grandes centros de meteorologia operacional brasileira.

MONITORAMENTO EM TEMPO REAL

estatística

análise e comparação de dados históricos

observados

modelagem dinâmica

criação de cenários virtuais de circulação marítima e

atmosférica a partir de equações matemáticas

Existem dois métodos de análises:

⇒

Esforços são realizados para a obtenção de dados e monitoramento do oceano Pacífico Tropical, visando a previsão confiável dos fenômenos El Niño/La Niña.

⇒

Atualmente, existem diversos modelos numéricos que fornecem previsões de fenômenos como o El Niño, através da previsão das temperaturas da água do mar, e estas informações são utilizadas em modelos climáticos.

⇒

Há um interesse crescente em previsão de variações do clima de um ano para outro e em previsão sazonal (características gerais do clima para estação do ano seguinte).

O que está acontecendo hoje?

VAMOS OLHAR NA INTERNET

http://www.elnino.noaa.gov/

AMBRIZZI, T., 2003: El Niño/Oscilação Sul e Teleconexões atmosféricas no Hemisfério Austral. Tese de Livre Docência, 201pp.

MAGAÑA, V. e T. AMBRIZZI, 2005: Climate variability in the tropical and subtropical Americas and El Niño/Southern Oscillation. Atmosfera, 18, 211-235..

AMBRIZZI, T., E.B. SOUZA, AND R.S. PULWARTY, 2004: The Hadley and Walker Regional circulations and associated ENSO impacts on South American seasonal rainfall. In The Hadley Circulation: Present, Past and Future. Edited by Henry F. Diaz and Raymond S. Bradley, Kluwer Academic Publhishers, Chapter 7, 203-235.

COELHO, C.A.S., 2001: Anomalias de precipitação sobre a América do Sul e sua relação com a Temperatura da Superfície do Mar dos oceanos Pacífico e Atlântico durante períodos de extremos de El Niño/Oscilação Sul. Dissertação de Mestrado defendida no Departamento de Ciências Atmosféricas do IAG/USP, 254 pp.

COELHO, C.A.S.; UVO, C.B.; AMBRIZZI, T., 2002. Exploring the impacts of the tropical Pacific SST on the precipitation patterns over South America during ENSO periods.

Theor Appl Climatol 71: 185-197.

DRUMOND, A. ; AMBRIZZI, T., 2003. Estudo observacional e numérico da variação da circulação atmosférica nas América em episódios extremos da Oscilação Sul. Rev.

Bras. Meteo., 18(1): 1-12.

GRIMM, A.M., V.R. BARROS, AND M.E. DOYLE, 2000: Climate variability in Southern South America associated with El Niño and La Niña events. J.Climate, 13, 35-58.

Impacts of the S outhwestern A tlantic o N the

S outh A merican climate - the O ceanic Importance

Tércio Ambrizzi (IAG) e Edmo Campos (IO)

Coordenadores

Obje%vos  Gerais  

•  Contribuir para o melhor entendimento da variabilidade climática sobre a América do Sul:

–  C l i m a p r e s e n t e : d a d o s a t m o s f é r i c o s e oceanográficos

–  Cenários de clima futuro: dados de Modelos de Circulação Global e simulações de regionalização dinâmica através de Modelos Climáticos Regionais.

•  Bóias no Oceano Atlântico Sudoeste (SAO)

As  principais  metas  no  projeto  original  são:  

- Entender como a intensidade da precipitação, persistência e circulação ZCAS e as monções na AS poderão ser modificadas num clima mais quente que o atual e sua relação com a Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no SAO;

- Avaliar modificações no regime de precipitação associado com sistemas frontais e bloqueios e sua relação com a TSM no clima presente e cenários futuros;

- Analisar o impacto da TSM na climatologia e variabilidade dos ciclones sobre o SAO e como serão modificados num cenário de clima futuro;

- Estudar o comportamento regional e local do SAO no clima presente e futuro;

- Ancorar uma bóia ATLAS equipada com diversos instrumentos oceanográficos e atmosféricos no SAO e obter: medidas hidrográficas e de corrente; componentes bióticos; sedimentos oceânicos; etc. Muitas medidas serão obtidas através de missões com o navio oceanográfico do IO/USP (Alpha Crucis) recentemente adquirido com auxilio da FAPESP.

- Utilizar os dados da Bóia e os gerados através nas missões oceanográficas para validação de modelos e dados produzidos por outras fontes.

SUBPROJETOS

A) Atmosphere Working Group

1) ZCAS no presente e futuro e Variabilidade de Monção

2) Avaliação das alterações na atividade frontal e de bloqueio sobre o Sudeste do Brasil sob cenários de mudança climática

3) Desenvolvimento de ciclones e ciclogêneses no presente e futuro sobre o SAO

4) Avaliação de Mudanças Climáticas no SAO

Ocean Working Group: Entendendo o SAO através de observações e modelagem

1) The Flux Measuring Buoy at 28S, 43W 2) The Current Measurements

3) The Hydrographic Measurements 4) Remote Sensing of SST and SSH

5) The Biological / Bio-Optical Component 6) Bottom Sediments/Benthos

7) Coastal Zone (Surface waves and Tides) 8) The Numerical Modeling Component

B) Ocean Working Group

Coordenadores  de  subprojetos  

•  Tercio  Ambrizzi  (USP)  

•   Edmo  José  Dias  Campos  (USP)  

•  Rosmeri  Porfirio  da  Rocha  (USP)  

•  Leila  Maria  Véspoli  de  Carvalho  (UC)  

•   Simone  E.  T.  Ferraz  (UFSM)  

•  Ilson  Carlos  Almeida  da  Silveira  (USP)  

•  Ilana  Wainer  (USP)  

•   Olga  Sato  (USP)  

•   Eduardo  Siegle  (USP)  

•  Paulo  Polito  (USP)  

Construction and mooring of an Atlas buoy at 28S,44W

MicroCAT

The Atlas-B - Gariroba

CTD CTD + Wave G.

CTD + Atlas B

Santos

44^oW, 28.5^oS

N.Oc. Alpha Crucis

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The 1^st Atlas-B, deployed near 28.5S,44W was “baptized” as Guariroba!

1^st Joint Cruise: November 2012 (mooring test of Guariroba in Ubatuba)

2^nd Joint Cruise: April 2013 (definitive mooring of Guariroba at 28.5S, 42W)- RV Alpha Crucis – USP Projects FAPESP-MC (SANSAO), INCT-MC, ATLAS-B, NAP-MC (INCLINE)

released throgh the GTS

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Ondógrafo - Datawell DWR-9 MKIII 0.9 m - Comunicação via Argos

Dados serão disponibilizados online

O n d ó g r a f o s e encontra em fase final de preparo e testes para fundeio

Ondógrafo: utilizado para obter uma série temporal de dados medidos para a plataforma de SP... são raros os dados de ondas medidos no Brasil. Pode ser utilizados como condição de contorno para modelos de propagação de ondas para águas costeiras, e também para a validação de modelo regionais. Ele será fundeado na plataforma continental, em profundidades de aprox. 60 - 80 metros em uma linha em frente a Santos... mas offshore.

Análise do clima de ondas para o SE do Brasil

baseado no modelo global WaveWatch III (NOAA)

•  força de ondas ao longo do período analisado

•  distribuição de ondas (altura e período).

ondas