EXTREMOS INTRASAZONAIS DA EXTENSÃO DO GELO MARINHO NO MAR DE WEDDELL DURANTE O INVERNO AUSTRAL.
Fabio Ullmann Furtado de Lima1, Leila Maria Véspoli de Carvalho1
RESUMO - O objetivo principal deste trabalho foi buscar um melhor entendimento dos possíveis mecanismos atmosféricos que possam estar relacionados com variações de alta freqüência (20-100 dias) da extensão de gelo marinho na Antártica. Para tanto, utilizaram-se estimativas por satélite da extensão do gelo marinho no Mar de Weddell entre 1979 e 2004 com resolução diária. Sinais espectrais da extensão do gelo na escala intrasazonal foram encontrados. Estudos prévios sugerem que os sinais intrasazonais aparentes no gelo estão relacionados às respostas entre o gelo marinho, a circulação atmosférica, e a temperatura da superfície do mar (TSM) nessa escala. Foram
investigados os papéis dos trens de onda de latitudes médias em escala intrasazonal (20-100 dias) em modular a variabilidade do gelo marinho. Mostra-se forte evidência do papel da circulação e a TSM associada às fases distintas do trem de onda para determinar a variabilidade extensão extrema do gelo, sobretudo no inverno.
ABSTRACT – The goal of the present work is to understand possible atmospheric mechanisms related to intra-seasonal (20-100days) anomalies in the Weddell Sea ice extent (SIE). Weddell SIE is obtained from satellite with daily resolution and covering the period 1979-2004. Spectral analysis of SIE showed significant peaks on seasonal time-scales. Previous studies suggest that intra-seasonal variations in the SIE are related to responses of the sea ice to atmospheric circulation and sea surface temperature. The relationships between extreme intra-seasonal anomalies of the SIE and the propagation of intra-seasonal (20-100 days) mid-latitudes wave trains were investigated.
Atmospheric circulation and sea surface temperature were strongly related to distinct phases of the subtropical wave trains such that each phase modulate distinct SIE extreme anomalies, particularly in the winter.
Palavras-chave: extensão extrema do gelo marinho antártico, intrasazonal, trens de ondas subtropicais.
INTRODUÇÃO
Teleconexões entre fenômenos de escala interanual e a Antártida têm sido documentados em alguns trabalhos como o de Chiu (1983). Carleaton 1983 mostrou relações entre atividades
ciclônicas nas altas latitudes e o gelo oceânico antártico. Este trabalho tem como objetivo mostrar que fenômenos atmosféricos em escala intrasazonal podem agir para modular eventos extremos observados no gelo marinho antártico, visto a relativa falta de trabalhos nesse assunto.
1
Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG-USP, Rua do Matão, 1226 - Cidade Universitária - São Paulo SP - 05508-090, tel. 3091-4675, fufl@model.iag.usp.br, leila@model.iag.usp.br.
DADOS UTILIZADOS
Foram utilizados dados da extensão de gelo marinho obtidos a partir do site do centro de monitoramento da criosfera terrestre The National Snow and Ice Data Center (NSIDC), sendo os mesmos gerados de estimativas de satélites para o Mar de Weddell. Os dados são diários com período de 1979 a 2004 e anos bissextos foram desconsiderados através de uma média entre os dias 28 e 29 de fevereiro de tais anos. Além disso, utilizou-se ainda dados de reanálises do geopotencial (mgp) em 200 Hpa, vento zonal em 850 hPa, vento meridional em 850 hPa e TSM (oC) –
NCEP/NCAR.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A figura 1 mostra picos espectrais na escala intrasazonal (20-100 dias) para todo o período em análise. A partir desses resultados, seguiram-se as análises quanto aos extremos da extensão do gelo marinho antártico. Através do método da FFT, obtiveram-se anomalias intrasazonais e, logo após, foram obtidos os quartis para 75% (q75) e 25% (q25) para os meses de Junho-Setembro. Os eventos extremos para os meses selecionados foram considerados em relação à persistência consecutiva dos dias. No passo seguinte, foram construídas composições defasada de anomalias de geopotencial (mgp) em 200 hPa (H200), vento zonal em 850 hPa (U850), vento meridional em 850 hPa (V850) e TSM (o C) durante eventos extremos negativos e positivos na escala intrasazonal. A escolha dos
para a construção das figuras foram baseados em 10 (
lags lag =−10) e 5 ( ) dias
anteriores ao dia de observação dos e s ( 0
5 − =
lag
xtremo lag= ), e em 10 (lag=10) dias posteriores ao dia do evento. A figura 2a mostra que para os extremos negativos do gelo, o H200 no
10 − =
lag apresenta um trem de ondas circumpolar onde se observa uma anomalia negativa
localizado sobre a Península Antártica (PA), pegando toda a costa da peninsular voltada para o Mar de Weddell e para o Mar de Bellingshausen. Observam-se também anomalias positivas ao nordeste do Mar de Ross e outra ao nordeste do Mar de Weddell, configurando a perturbação ondulatória atmosférica. Anomalias negativas de H200 indicam um giro ciclônico (cavado) no Hemisfério (HS) enquanto que anomalias positivas indicam um giro anticiclônico (crista). Cinco dias anteriore ao dia do evento extremo, nota-se a persistência da anomalia negativa de H200 sobre a PA e da positiva ao nordeste do Mar de Weddell. Esse tipo de configuração que persistiu gera advecção quente como será visto posteriormente. No dia do evento, a anomalia negativa perdeu intensidad se propagou, se localizando exatamente sobre o Mar de Weddell. Ocorreu ainda a desconfigura do trem de ondas. Deve-se considerar que o período de inverno é caracterizado por ausência de radiação solar nos pólos, onde os efeitos mecânicos e a interação oceano-atmosfera são
predominantes. Dez dias após o evento, há uma inversão de fase das anomalias. Essa mudança de Sul
s
e e ção
fase das anomalias indica que ouve a propagação do trem de ondas circumpolar, modulando os extremos positivos do gelo. A figura 2b mostra para a defasagem = -10 anomalias negativas de U850 sobre a costa continental do Mar de Weddell e positivas sobre a latitude de localização d Corrente Circumpolar Antártica (ACC), se estendendo para o Mar de Bellingshausen. Anomalias negativas de U850 indicam ventos de leste enquanto positivas indicam ventos de oeste. Em cinco dias anteriores ao evento extremo, observa-se a persistência das anomalias de U850, com ligeira diminuição de intensidade. Já no dia do evento, houve a propagação das anomalias para leste com a desintensificação das mesmas. Dez dias após a observação do evento extremo negativo, observa-se a mudança de fase das anomalias, com ventos de leste ao extremo norte do Mar de Weddell e ventos de oeste na costa continental do Mar de Weddell. Sendo assim, conclui-se que nos casos dos dias anteriores a observação do evento extremo, a associação entre os ventos de leste ao sul do M de Weddell e os ventos de oeste ao norte do Mar de Weddell configura um giro ciclônico e, no c dos dias posteriores ao dia do evento, há a configuração de giro anticiclônico. Em relação às anomalias do V850 (fig. 2c), observou-se no 10
a
ar aso
− =
lag a ocorrência de anomalias negativas da variável sobre o Mar de Weddell, indicando a ocorrência de ventos proveniente do norte
persistência da mesma no lag =−5. Tais ventos de latitudes mais baixas são mais quentes e, com isso, há o realce da modulação de eventos extremos negativos da concentração do gelo marinho. No dia do evento extremo negativo, observa-se a propagação para leste e desintensificação da anomalia negativa de V850. A figura 2d mostra as composições feitas para a TSM onde, no lag =−10, notam-se anomalias positivas de TSM no Mar de Weddell modulando os extremos negativos do gelo marinho. No lag =−5ocorre a persistência das anomalias e, no dia do evento extremo, observamos desintensifica
com a
malias. ção e propagação para leste das ano
A figura 3 foi obtida do mesmo modo da figura 2. Em relação aos extremos positivos da concentração do gelo marinho antártico, a figura 3a mostra anomalias positivas de H200 sobre o Mar de Bellingshausen, se estendendo sobre a PA e a região costeira peninsular do Mar de Weddell no . Há ainda uma anomalia negativa de H200 ao nordeste do Mar de Weddell, indicando a existência do trem de ondas circumpolar e configurando um esquema de advecção fria. As
anomalias observadas persistiram no 10 − = lag 5 − =
lag , com uma intensificação da anomalia negativa do H200. A crista observada sobre o Mar de Weddell indica movimento anticiclônico, sendo que a mesma ainda é observada no dia do evento extremo positivo, enquanto a anomalia negativa
desapareceu. No , há a inversão de fase das anomalias. A figura 3b mostra a persistência de uma anomalia positiva de U850 sobre a região litorânea continental do Mar de Weddell e negativas em todo o estreito de Drake, passando pelo Mar da Scotia, com ligeiro deslocamento para leste entre os ,-5 e 0. No houve a inversão de fase das anomalias com ventos de
10 = lag 10 − = lags lag =10
oeste sobre o Mar da Scotia e de leste na costa continental do Mar de Weddell. Os resultados
sugerem um giro anticiclônico anterior ao dia do evento extremo positivo e ciclônico após o evento. Observaram-se ainda ventos de sul (fig. 3c) sobre o Mar de Weddell nolag =−10, com persistência no . Esse vento vindo do Sul traz consigo ar frio proveniente do interior do continente antártico, realçando os extremos positivos da concentração do gelo marinho por todo o Mar de Weddell. No nota-se a desintensificação das anomalias e a propagação para leste da anomalia positiva de V850 sobre o Mar de Weddell. A TSM (fig. 3d) apresenta persistência anômala negativa no Mar de Weddell nos
5 − = lag 0 = lag =
lags -10 e -5. No dia do evento extremo positivo observado, há o deslocamento da anomalia negativa para leste no Mar de Weddell e nota-se o surgimento de anomalias positivas na costa peninsular do mesmo mar. Já 10 dias após o evento, houve a inversão de fase das anomalias, modulando os eventos extremos negativos da extensão do gelo oceânico local.
Figura 1: Espectro de Fourier de dados de anomalias da concentração de gelo marinho em Km2 (linha cinza) com zoom na intrasazonal (100-20 dias) para o Mar de Weddell. Também estão representados os espectros de fundo (linha preta pontilhada) e o intervalo de confiança de 95% (linha preta cheia). Na ordenada estão localizadas as densidades espectrais (adimensional) e na abscissa os períodos em dias.
(a) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10 (b) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10
Figura 2: Composições defasadas de anomalias de altura geopotencial (mgp) em 200 hPa (H200) (a), vento zonal em 850 hPa (U850) (b), vento meridional em 850 hPa (V850) (c), temperatura da superfície do mar (TSM) (d) durante eventos extremos negativos da concentração do gelo marinho antártico na escala intrasazonal (20-90 dias) para o Mar de Weddell. Linhas contínuas (tracejadas) indicam valores positivos (negativos) começando em 200 (200) com intervalo de 10 para H200 e -5 (-5) com intervalo de 1 para U8-50, U200 e V8-50. Áreas coloridas são significativas ao nível de 95% baseado no teste t de Student. Figura 2 continua.
(c) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10 (d) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10 Figura 2c,d. Continuação (a) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10 (b) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10 (c) lag = -10 lag = -5 lag = 0 lag = 10
Figura 3a-c: Mesma análise que a figura 2, mas para extremos positivos. Figura 3 continua.
lag = -10 lag = -5
lag = 0 lag = 10
Figura3d. continuação CONCLUSÃO
Uma análise espectral foi feita com o objetivo de verificar se sinais intrasazonais podem influenciar na variabilidade da extensão do gelo oceânico antártico. Para melhor observar a
ocorrência de tais sinais, obteve um gráfico do espectro de Fourier com zoom na escala de 20 – 100 dias. Picos espectrais que ultrapassaram a curva de significância de 95% foram observados ao longo de todo o período em análise. Sendo assim, desejou-se relacionar os possíveis mecanismos
atmosféricos nessa escala que poderiam estar influenciando na variabilidade extrema da extensão do gelo marinho no Mar de Weddell para o inverno (sabido que é um período onde os efeitos
mecânicos predominam sobre os efeitos de radiação solar). Para isso, filtrou-se a série temporal da extensão do gelo marinho para o Mar de Weddell através do método da FFT e calcularam-se os quartis de 75% (extremos positivos) e 25% (extremos negativos) para o período invernal polar. Através da persistência dos eventos extremos, construíram-se composições (médias) defasadas (com lags) para várias variáveis atmosféricas filtradas na escala intrasazonal. As médias das variáveis foram baseadas no primeiro dia dos eventos extremos persistentes. Os resultados das composições mostraram que tanto os extremos negativos, quanto os extremos positivos da extensão do gelo marinho são modulados dias antes do dia da ocorrência dos extremos observados, sendo que posterior a esse dia, há a inversão de fase em todas as variáveis em análise, modulando o extremo oposto ao extremo observado em cada caso.
AGRADECIMENTOS :O presente trabalho tem apoio financeiro da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP (Projeto 04/11808-0).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CARLEATON, A. M., 1983: Variations in Antarctic sea ice conditions and relationships with southern hemisphere cyclonic activity, winters 1973-77. Archivfur Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie, Séries B 32, l-22.
CHIU, S. F., 1983: Antarctic sea ice variations 1973-1980. Variations in the Global Water Budget, F. A. Street-Perrott, M. Beran, and R.A.S. Ratcliffe, Eds., D. Reidel, 301-311
