ANOMALIAS DE PRECIPITAÇAO NO SUL DO BRASIL E VARIAÇ6ES NA CIRCULAÇAO ATMOSFÉRICA

RwrSta Brasileira de Meteomlogia; 1986; Vol. 1, #9Y)

ANOMALIAS DE

PRECIPITAÇAO

CIRCULAÇAO

DARCI PEGORARO CASARIN e VERNON E. KOUSKY

Universidade Federal de Pelotas - R?lotas, Rio Grande do Sul, Brasil NOAA/NMC/CAC

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RESUMO

Dados quinzenais de anomalias de radiação da onda longa emitida pelo sistema Terra- atmosfera (OLR) e vento em 200 mb são analisados no período entre janeiro de 1979e novembro de 1985 com o objetivo de detectar os padrões presentes nos períodos de seca no Sul do Brasil. Os resultados mostram a presença de anomalias negativas de OLR (precipitação acima da normal) na região subtropical do hemisfério sul, as quais se desle cam para leste com uma velocidade semelhante àquela associada às oscilações de 30 a 60 dias (oscilações intrasazonais). O monitoramento das anomalias de OLR nas regiões da Indonésia, Zona de Convergência no Pacífico Sul, Zona de Convergência no Atlântico Sul e Oceano Indico, bem como o monitoramento das anomalias do escoamento atmosférico, podem fornecer importantes contribuições para o melhoramento da qualidade e extensão da Previsão do tempo no Brasil.

ABST R ACT

Fifteen days data of wtgoing long wave radiation anomalies (OLR) and of wind at200 mb are analysed for the period between January 1979 and November 1985. The objective is to detect the patterns which were present during the drought periods in Southern Brasil. The results show the presence of negative OLR anomalies (rainfall above normal) in the subtropical region of the Southern Hemisphere, which move eastward with a speed similar to that associated to the 30-60 day oscillations (intraseasonal oscillations). The monitoring of the OLR anomalies in the Indonesia South Pacific Convergence Zone, South Atlantic Convergence Zone and lndian Ocean Regions, as well as the monitoring of the atmospheric flow anomalies, may provide important contributions for the improve- ment of the quality and extension of the brazilian weather forecast.

A região sul do Brasil tem uma economia altamente dependente da agricultura a qual se desenvolve em grande parte na estação do verão. E bastante conhecido que existe uma estreita ligação entre a produção agrícola e as condi- ções do tempo que ocorrem durante o ciclo de uma deter- minada cultura. Também, são conhecidos os efeitos alta mente danosos provocados por anomalias de precipitação que ocorrem nas regiões produtoras de alimentos. Estes efeitos se traduzem muitas vezes em perdas quase totais da produção de uma determinada região provocando escassez de alimentos. A estreita ligação entre a economia de uma região e as condições atmosféricas sugerem um estudo apro- fundado, sob o ponto de vista meteorológico, no sentido de se obter um melhor entendimento flsico da circulação da atmosfera.

Alguns casos de anomalias de precipitação no Brasil estão ligados ao fenômeno chamado Oscilação do Sul-EI Nino o qual provoca sensíveis anomalias no escoamento atmosférico em escala global (Kousky et alii (19841, K m ç . ky e Cavalcanti (1984). O fenômeno da Oscilação do Sul é

caracterizado por uma oscilação da pressão ao nitel do mar observada entre as regiões da Indonésia e o Oceano Pacífico Leste (Walker e Bliss (1932); Trenberth (1976)). Durante a fase negativa da Oscilação do Sul são observadas, na alta troposfera, correntes de jatos mais intensas que a normal nos subtrópicos durante o inverno nos dois hemisférios (Arkin (1982)).

Kousky e Cavalcanti (1984) concluíram que, durante o período de El Niíío de 1982-1983 (fase negativa da Osci- lação do Sul), um jato subtropical bem pronunciado sobre a América do Sul e o leste do Oceano Pacífico Sul junta mente com várias situações de bloqueios em latitudes mé-

, dias favoreceram a manutenção de sistemas frontais ativos no Sul do Brasil os quais contribuíram para a ocorre'ncia da excessiva precipitação observada na região sul do Brasil.

A Oscilação do Sul pode provocar anomalias de pre- cipitação em várias regiões do mundo. NO caso do El Nino de 1982-1983 aconteceram cheias na Flórida, parte oeste dos Estados Unidos, Equador, Peru, Bolívia, no sul do Bra- sil e secas no sul da África, sul da India, Filipinas, Indoné- sia, Austrália e Nordeste Brasileiro (Rasmusson e Wallace (1983). Hirst e Hastenrath (19831, Kousky e Cavalcanti

(1984)). As anomalias de precipita& ocorridas no perlo- dos de E1 Nino estão associadas a anomalias do escoamento atmosférico global.

No caso da seca no sul do Brasil existem, tambh, algumas indicaç&s de que as anomalias de precipitação es- tão ligadas a anomalias de nebulosidade e do escoamento a nlvel global. Casarin (1982), estudou uma situação de 0s-

coamento atmosf6rico anômalo que ocorreu em janeiro de 1979 sobre a América do Sul. Neste evento estabeleceu-se uma crista (circulaçâ'o anticiclbnica) persistente sobre a AmBrica do Sul e ao mesmo tempo ocorreu no Oceano Pa clfico Su.1 central uma bifurcação do escoamento na alta troposfera associada a uma crista centrada aproximadamen- te em 1350W. No ramo leste da crista localizada sobre a América do Sul estabeleceu-se um movimento subsidente o qual provocou uma forte estiagem na região sul do Brasil.

Esta crista foi a caracteristica dominante do escoamento n a quela região durante o mês de 1979 e lá permaneceu com a bifurcação do escoamento em 250 mb localizada no Ocea no Paclfico Central.

Kalney et alii (1986) fizeram alguns experimentos com um Modelo de Circulação Global (GCM) paraverificar a influência dos Andes, aquecimento tropical, aquecimento regional e desaceleração dos ventos de leste na manutenção da situação sin6tica de janeiro de 1979 sobre a AmBrica do Sul. Os resultados mostram que a configuração do escoa- mento sobre a América do Sul não sofreu qualquer modifi- cação com a retirada da topografia (Andes) do modelo. O experimento mostra que o aquecimento tropical é impor- tante na manutenção da onda sobre a América do Sul e que a convecção subtropical é importante para a sustentação da amplitude e fase desta mesma onda. A desaceleração dos ventos de leste provocou o aparecimento de uma onda de número cinco quase estacionária centrada em 450s e que é observada em certos períodos de verão do Hemisfério Sul.

Algumas características da configurgão do escoa- mento atmosférico sobre a América do Sul em alguns casos de seca no sul do Brasil j á são conhecidas (Casarin (1982)).

No entanto, ainda não são conhecidas as características do escoamento atmosférico global que ocorrem durante estes períodos. O objetivo deste trabalho é justamente obter estas caracterkticas.

2. ANALISE DE DADOS E METODOLOGIA

Os dados de radiação de onda longa emitida pelo sis- tema Terra-atmosfera (Outgoing longwave radiation -

OLR) são uma ferramenta poderosa paraktudar anomalias de precipitação nas regiões tropicais e subtropicais (Ras musson (1984)). As medidas são feits por satélite. Nas re- giões onde existem nuvens profundas tem-se a informação

correspondente B temperatura do topo das nuvens. Nas re- giões onde não existe nebulosidade tem-se a informação correspondente h temperatura da superflcie da Terra. Em latitudes mais altas. onde a temperatura da superflcie pode variar bastante, 6 difícil afirmar que as anomalias de OLR representam variações na quantidade de nebulosidade ou variações na temperatura da superflcie. Nas regiões tropi- cais e subtropicais mais chuvosas, uma anomalia negativa de OLR representa atividade convectiva mais forte e, pro- vavelmente, precipitação mais intensa que a normal. Uma

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anomalia positiva da O LR mostra o contr6rio.

No começo deste trabalho procurou-se eventuais re- .

Iações entre a ocorrência de anomalias de OLR no sul do Brasil e as anomalias observadas no restante do globo atra- vés do cálculo do coeficiente de correlação. Com base nesta análise, foram construídas composições para períodos secos e chuvosos no sul do Brasil. Mais detalhes sobre esta meto- dologia são encontrados na próxima secção.

São usados dados globais quinzenais de OLR e com- ponentes horizontal e meridional do vento com um espaça- mento em pontos de grade & 2.50 (latitude e longitude) para o período de outubro a março (época importante para agricultura) de 1979 até 1985. Estes dados pertencem ao arquivo de dados do Climate Analysis Center do Serviço N a cional de Meteorologia dos Estados Unidos 'da América em Washington, D.C.

3. RESULTADOS

A característica mais importante observada na análise de correlação foi uma correlação negativa entre as anoma- lias de OLR na regi80 sul e as anomalias nas regiões nordes- te e sudeste do país (Figura 1). Em face desta característica de correlação fez-se uma anhlise objetiva para detectar os -

períodos que apresentassem anomalia positiva de OLR na região sul do Brasil e anomalia negativa de OLR na região sudeste através do Índice de Seca. Este índice corresponde à subtração do valor médio da anomalia de OLR entre as regiões Sudeste (SE) e Sul (SB) mostradas na Figura 2. Os valores mais negativos do índice corresponde a situações com anomalia positiva de OLR no sul do país e com anoma lia negativa de OLR na região sudeste. A série temporal des- te Indice é mostrada na Figura 3.

Após o cálculo dos índices para cada quinzena, sele- cionaram-se 10 casos cujos tndices são mais negativos e efetuaram-se composições de OLR. Os períodos escolhidos são indicados na Figura 3 e listados na Tabela 1.

Anomelias de precipitaç8;o no sul do B m i l e variações na circulação atmoddrica 85

90E 180 90W O I I U

F i w m 1

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TABELA 1

Períodos usados na construção das composições

As características mais importantes na composição,

-

Um padrão de anomalias de OLR semelhante a Figura 4b aparece na Figura 9d de Weickmann et alii (1985) asso- ciado às oscilacões intrasazonais (30 a 60 dias). Weickmann et alii estudaram as variações intrasazonais da radiação de

índice Negativo

Dias a Mês Ano

onda longa e da função de corrente em 250 mb para o in- 16 a 31

1 a 15 1 a 15 I a 15 16 a 31 16 a 31 l a 1 5 1 a15 16 a 31 l a 1 5

Figura 2 - Regiões (SE e SB) cujos valores m é d i a de anomalias de O L R são usados para calcular o índice de Seca.

verno do Hemisfério Norte e verificaram um deslocamento, no sentido oeste - leste, das anomalias de OLR na região tropical entre as longitudes de 600E e 1600E. No restante do cinturão tropical existe um deslocamento para leste atra- vés das anomalias das zonas de convergência tropical dos Oceanos Pacífico e Atlântico.

Janeiro fevereiro janeiro fevereiro março março dezem bro janeiro janeiro outubro

1979 1979 1980 1980 1981 1983 1983 1985 1985 1985

Darci Asgaram Caserin e Vernon E. Kousky

Anomalias de precipir@o no sul do Brasil e variações na circulação atmosférica 87

-ma- Composiç&s das anomalias de OLR baseadas no Índice de Seca com defasagem de a) uma quinzena anterior. b) Zero 8 C) uma quinzena posterior em relação aos dez casos mais negativos (Tabela 1). O inteivaloé de 5 Watts m-2.

Darci Pegoraro Cabrin e Vemon E. Kousky

Em virtude da semelhança de padrão observada com os resultados de Weickmann et alii (1985). fez-se duas no- vas composições (Figuras 4a e 4c) baseadas na quinzena imediatamente anterior e posterior àquelas usadas na cons- trução da Figura 4b. Na Figura 4a a principal característica observada é uma nomalia negativa na região da SPCZ e uma anomalia de mesmo sinal mas de menor intensidade na re- gião da SACZ. Comparando as Figuras 4a e 4b. nota-se que as anomalias negativas na região da SPCZ são mais fracas e as anomalias negativas na região da SACZ são mais fortes na Figura 4b. Anomalias negativas começam a aparecer na re- gião do Oceano Indico (Figura 4b) as quais se intensificam e se tornam a característica predominante na Figura 4c. O padrão de anomalias negativas associadas a SPCZ e a SACZ desapareceram na Figura 4c. OS padrões de OLR presentes na Figura 4 mostram um deslocamento para leste das ano- malias negativas com uma velocidade consistente com as observadas nas variações intrasazonais.

As composições das anomalias do escoamento atmos- férico em 200 mb que correspondem aos períodos usados na construção da Figura 4 são mostradas na Figura 5. As maiores anomalias de circulação no Hemisfério Sul se en- contram nas regiões da SPCZ e SACZ (Figura 5a). No Ocea- no Pacífico Sul observa-se uma anomalia anticiclônica cen- trada em 400s. 1450W. Esta anomalia anticiclônica está quase na mesma posicão que a crista no ar superior estuda- da por Casarin (1982) a qual estava associada a um período de estiagem no Sul do Brasil. No Oceano Atlântico Sul a principal característica observada é uma circulação ciclôni- ca. Na costa oeste da América do Sul observa-se escoamento de norte e na costa leste observa-se escoamento do sul (re- gião do Ururyai e extremo sul do Brasil). Esta configuração, que favorece o movimento subsidente na média troposfera no Sul do Brasil, está consistente com o padrão de anoma- lias de OLR mostrado na Figura 4a, e é semelhante aos re- sultados obtidos por Casarin (1982). Na região equatorial e subtropical no Hemisfério Norte observa-se uma anomalia dos ventos de oeste a partir do Oceano Atlântico Leste até 900E. A partir deste ponto esta banda de anomalias se des- via para o norte indo se incorporar ao jato observado em la- titudes médias do Oceano Pacífico Norte o qual é a carac- terística mais importante naquela região. Em geral, as ano- malias de vento nas latitudes médias do Hemisfério Norte são de oeste sobre os Oceanos Pacifico e Atlântico.

Com o desaparecimento da acentuada anomalia de OLR no Oceano Pacifico e o aumento da anomalia na re- gião da SACZ (Figura 4b) tem-se também uma transição importante em diversas caracterkticas das anomalias do escoamento (Figura 5b). As anomalias de oeste em latitu- des médias do Ocemo Paclfico Norte e na faixa subtropi- cal do Hemisfério Norte entre a África e l i d i a desapare- cem. Na região do Oceano Atl5ntico Norte as anomalias de oeste intensificam-se. Associada a SACZ observa-se uma circulacão anomalamente anticiclônica ã'sudoeste, a qual está associada a presença de uma persistente componente meridional de sul na costa leste no sul do Brasil. Este pa- drão de anomalias na região do Oceano Atlântico Sul é se-

melhante ao padrão obtido por Kousky (1985) num esíudo de um período anomalamente chuvoso no nordeste do Brasil. Entre 1250W e 450W observa-se um trem de onda O

qual esta localizado na região entre a SPCZ e a SACZ (Figri- ra 4b).

Com o aumento das anomalias negativas de OLR no Oceano Indico (Figura 4c) o padrão de anomalias do escoa mento atmosférico também sofre novas alterações (Figura 5c). Na faixa tropical e subtropical dos Oceanos Indico e Atlantico aparecem anomalias de leste. Nas latitudes

.

médias do Oceano Pacífico as anomalias de leste aumenram em intensidade enquanto as anomalias de oeste nas latitu- des médias do Atlântico Norte continuam fortes. As anoma lias da circulação atmosférica próximas a costa leste do B r a -

si1 enfraquecem. Estas caracterlsticas são semchantes as in- dicadas na Figura 9 do trabalho Weickmann et alii (1985) associadas as oscilações intrasazonais.

Muitas das caracterlsticas obtidas por Weickmann e t alii (1985) estão presentes nas composições agora obtidas.

As principais semelhanças encontradas na composição do Índice negativo são: ocorrência simultânea de uma corrente de jato no Oceano Paclfico Norte e uma anomalia negativa de OLR na região da SPCZ (Figuras 4a e 5a); enfraqueci- mento simultâneo do escoamento de leste no Oceano Pacífi- co Norte e da anomalia negativa de OLR na região da SPCZ;

aumento das anomalias negativas de OLR na região da SACZ e aumento da intensidade do escoamento em latitu- des médias do Oceano A t l h t i c o Norte (Figura 4b e 5b);

enfraquecimento das anomalias & OLR na América do Sul, aumento das anomalias negativas & OLR no Oceano Índi- co e ocorrência de um escoamento de leste (em latitudes tropicais) entre o Oceano Atlântico e Oceano Indico asse ciado ao norte e ao sul com anomalias anticicl6nicas (Figu- ras 4c e 5c). Outras semelhanças, já descritas, podem ser observadas comparandese as figuras aqui apresentadas com a Figura 9 de Weickmann et alii (1985). As semelhanças en- contradas nas configurações das anomalias do escoamento e nebulosidade são indi'cios de que o problema da seca no sul do país está relacionado com as anomalias que ocorrem na atmosfera em âmbito global e especialmente com as v a riacões intrasazonais de duração aproximada de 30 a 60 dias. Este fato sugere que um monitoramento das anomalias intrasazonais de OLR nas regiões tropicais e subtropicais podem ajudar na previsão do tempo no Brasil.

O deslocamento de oeste para leste das anomalias de nebulosidade na faixa tropical e subtropical é um fenôme- no observado e estudado;especialmente na região entre 600E e 1600E. No entanto, o processo físico através do qual estas anomalias se propagam para leste nas regiões da SPCZ e SACZ ainda n l o é bem conhecido. A descontinui- dade de propagação na região tropical e subtropical no Oceano Pacífico Leste e Oceano Atlântico parece estar liga- da a temperaturas mais frias da superffcie dos oceanos nes- t a s regiões. A Figura 5 mostra um trem de onda entre as

Anomanas de precipite0 no sul do Brasil e variacões na circulacão atmosférica

Figura 5 - Id6ntico a Figura 4, mas para anomalias de circulaçgo.

90 Darci Pegoraro Crsarin e Vernon E. Kousky

longitudes de 1250W e 4 5 W o qual está localizado justa- mente na região de descontinuidade de propagação da ane malia de nebulosidade. Esta configuração parece interessan- te na medida que sugere a possibilidade dela ser o veículo através do qual a energia, associada àç oscilações intrasazo- nais, é transportada da região do Pacífico (SPCZ) para a re- gião do Atlântico (SACZ).

A hipótese do transporte de energia mencionada tem algum amparo nos estudos realizados por Weickmann et alii (1985) os quais observaram um deslocamento para nor- te das anomalias negativas de OLR no Brasil. Kousky (1985) observou que a atividade convectiva aumenta pri- meiro no sul e então, gradualmente, move-se para norte com o tempo. Segundo o autor, este resultado sugere que as oscilações de 30 - 60 dias podem ser caracterizadas por mudanças substanciais na circulação de latitudes médias do Hemisfério Sul. Embora a configuração da Figura 5 indique a possibilidade de interação entre as latitudes médias e as la- titudes subtropicais para o transporte de energia para leste, deve-se considerar que o trem de onda observado não apre- senta anomalias suficientemente altas para suportar uma afirmação definitiva. O resultado deve ser olhado com pru-

dência e novos estudos são necessários para se ter um maior conhecimento do assunto.

As características das anomalias de OLR e do escoa- mento obtido neste trabalho através do lhdice de Seca ne- gativo (seca no Sul do Brasil) tem uma grande coerência com os resultados encontrados por Weickmann ( 1983).

Weickmann et alii (1985) e Kousky (1985). As semelhanças principais estão relacionadas com o deslocamento para leste das anomalias negativas de OLR e a configuração do escoa- mento associado. Especificamente na região da América do Sul as características que mais se destacaram, quanto a in- tensidade, foram a anomalia negativa de OLR na região da SACZ e a anomalia ciclônica associada localizada sobre a costa leste da América do Sul.

O monitoramento das anomalias negativas de OLR na região da Indonésia e da SPCZ pode fornecer importante contribuição para o melhoramento da qualidade e prazo de previsão do tempo no Brasil.

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