MODOS DE VARIABILIDADE INTRASAZONAL NO SUL E SUDESTE DO BRASIL E SUL DA AMÉRICA DO SUL DURANTE O VERÃO

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MODOS DE VARIABILIDADE INTRASAZONAL NO SUL E SUDESTE DO BRASIL E

SUL DA AMÉRICA DO SUL DURANTE O VERÃO

Simone E. T. Ferraz

Bolsista de Pós-Graduação CNPq - DCA-IAG-USP

E-mail: simonefe@model.iag.usp.br

Alice M. Grimm

Grupo de Meteorologia - Departamento de Física - Universidade Federal do Paraná

E-mail: grimm@fisica.ufpr.br

RESUMO

Os modos de variabilidade intrasazonal durante o verão, presentes nas séries de precipitação no Sul e Sudeste do Brasil, Paraguai, Uruguai e Argentina são caracterizados utilizando a análise de componentes principais. Além disso, são verificadas quais as diferentes bandas em que atuam.

ABSTRACT

Intraseasonal variability patterns of the summer precipitation over southeast South America, from Patagonia through Northeast Brazil, are revealed through Principal Components Analysis of filtered rainfall data. The analysis was performed on different intraseasonal variability ranges, to obtain the modes that most contribute within each of them.

INTRODUÇÃO

O conhecimento das oscilações intrasazonais da precipitação de verão, com sua alternância de fases secas e úmidas, na área compreendida pela Argentina, Paraguai, Uruguai, Região Sul, Sudeste e sul do Nordeste do Brasil, é de grande utilidade porque essa é a estação chuvosa na maior parte desta área.

Através da análise de componentes principais dos dados de precipitação submetidos à filtragem, pretende-se caracterizar a variabilidade intrasazonal da precipitação na região de estudo durante o verão (novembro-março), determinando os modos que regem essa variabilidade e as bandas de freqüência em que atuam.

D'Almeida (1997), utilizando dados de ROLE (Radiação de Onda Longa), para o verão, mostrou que enquanto a região de atuação da ZCAS (Zona de Convergência do Atlântico Sul) apresenta convecção profunda, no extremo sul do continente sul-americano e próximo à costa nordeste brasileira são observadas regiões com subsidência significativa.

Paegle e Mo (1997), através da análise de funções ortogonais empíricas de dados de ROLE (filtrados de modo a obter somente a banda de baixa freqüência de 10/90 dias) na Região 40°N-40°S e 180°E-20°E, mostraram um modo de variabilidade intrasazonal que apresenta alternância de convecção e subsidência sobre a América do Sul tropical e subtropical.

Paegle et al. (2000), mostraram que o padrão de dipolo de ROLE (Paegle e Mo, 1997), com centros de ação sobre a ZCAS e planície subtropical, é modulado por modos de diferentes escalas de tempo. Os dois principais modos oscilatórios, modo 40 (período de 36-40 dias, relacionado a OMJ (Oscilação de Madden e Julian)) e modo 22 (período 22-28 dias) influenciam a convecção sobre a ZCAS e tem conexões com o Pacífico. O modo mais rápido (modo 22) é mais importante sobre a planície subtropical, o que é consistente com Liebmann et al. (1999). MATERIAIS E MÉTODOS

Os dados usados neste estudo são totais pluviométricos diários de 516 estações dos Estados da Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Rio de Janeiro, Espírito Santo, Goiás, Mato Grosso do Sul, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul e dos países vizinhos Argentina, Paraguai e Uruguai. As séries tem seu início em 1965 e se estendem até 1990. As estações do Mato Grosso do Sul, devido a pouca quantidade de dados foram agrupadas em áreas de 2,5º x

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2,5º (longitude x latitude) e uma série média de precipitações foi montada para cada área no mesmo período de 1965 - 1990.

Os dados de precipitação provém de várias fontes, destacando-se: ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica), IAP (Instituto Ambiental do Paraná), SERVIÇO METEOROLÓGICO DA ARGENTINA, SERVIÇO METEOROLÓGICO DO URUGUAI e SERVIÇO METEOROLÓGICO DO PARAGUAI.

As 516 séries diárias de precipitação foram agrupadas em regiões de 2,5° x 2,5° resultando em 73 regiões. Esse

procedimento foi adotado para reduzir a quantidade de dados, sendo justificado pela pouca variabilidade existente entre estações próximas.

Assim, para cada uma das regiões de 2,5° x 2,5° foi calculada uma série média de precipitação a partir das

estações nela contidas, de modo a se ter uma única série representativa de cada região.

Para se determinar os modos de variabilidade intrasazonal presentes na precipitação, no período de verão (novembro a março), o seguinte procedimento foi adotado:

1º) Foi utilizada a série completa de janeiro de 1965 a dezembro de 1990.

2º) A série foi filtrada na banda 10-100 dias, com 221 pesos e, após a filtragem, foram usados somente os períodos de novembro a março, iniciando em 1º de novembro de 1965 e terminando em 31 de março de 1990, que foram unidos um atrás do outro, de modo a se ter uma série única.

3°) A fim de verificar se os modos a serem determinados aparecem em diferentes bandas de variabilidade, conforme sugerido por D’Almeida (1997) e Paegle et al. (2000), foram também analisadas séries nas bandas 20-30 e 30-70 dias.

4º) Para cada uma das bandas (10/100, 20/30 e 30/70 dias) foi feita a análise de componentes principais baseada na matriz de correlação. Desta forma, não são privilegiadas as regiões com maior variância. Os principais modos foram rotacionados pelo método Varimax. Os principais modos rotacinados são apresentados na figuras 1 a 3. 5º) Algumas séries de componentes principais também foram graficadas para se comparar a variabilidade temporal do modo de dipolo de Paegle et al. (2000) com alguns modos encontrados neste trabalho (figura 4).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A expectativa inicial neste trabalho era encontrar o dipolo de precipitação sul-sudeste (mostrado para ROLE por D’Almeida, 1997, Paegle e Mo (1997) e Paegle et al. (2000)), utilizando de dados de precipitação. Por isso, utilizamos uma banda (10/100 dias) e um período do ano (novembro - março) semelhante aos de Paegle e Mo (1997) e Paegle et al. (2000). A caracterização desse dipolo, contudo, só fica evidente no primeiro modo não rotacionado (não mostrado).

O primeiro modo rotacionado (banda 10/100 dias) deixa de ter características de um dipolo. Ele tem fortes componentes na região da ZCAS, mas os elementos de sinal contrário, ao sul, são fracos. Isto significa que, apesar dos sinais contrários das anomalias, não se trata estritamente de um dipolo, ou seja, os mecanismos que produzem grandes anomalias de chuva na ZCAS não são necessariamente os mesmos que produzem fortes anomalias de sinal contrário no Sul.

Fortes anomalias mais ao sul são representadas pelos modos rotacionados 2 e 4, principalmente, além de outros modos não mostrados. Na realidade esses modos também tem anomalias de sinais contrários no Sudeste, mas os componentes mais fortes estão no sul.

O modo rotacionado que mais se assemelha a um dipolo é o terceiro, com centros no Sul e no norte do Sudeste - sul do Nordeste. Esse modo lembra as anomalias de chuva (ou ROLE) associadas às fases úmidas e secas do verão no Estado do Paraná (Freitas, 1998).

É interessante notar que as características dos quatro primeiros modos não rotacionados estão distribuídas pelos quatro primeiros modos rotacionados, mas que as estruturas ficaram mais simples, ou seja os elementos mais fortes estão concentrados em certas regiões. As variâncias explicadas pelos quatro primeiros modos rotacionados encontram-se na tabela 1.

modo 1 modo 2 modo 3 modo 4

variância % 9,07 8,77 7,72 6,74

Tabela 1: Variâncias explicadas (%) pelos primeiros modos com rotação, para a banda 10/100 dias.

Neste trabalho vamos focalizar nossa atenção no primeiro modo rotacionado, com mais forte componente na ZCAS, por várias razões: explica a maior parcela da variabilidade intrasazonal, tem forte influência em região densamente povoada e é o que melhor representa a variabilidade da ZCAS. Vamos denominá-lo "modo ZCAS".

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Figura 1: Modos rotacionados na banda 10/100 dias

Em Paegle et al. (2000) o modo dipolo de ROLE apresenta componentes oscilatórios em duas bandas diferentes sobre a ZCAS, 36/40 dias (modo 40) e 22/28 dias (modo 22), sendo que sobre a região subtropical domina o modo 22.

Para verificar se o modo ZCAS se manifesta nessas duas bandas, filtramos nossos dados de modo a separá-las. Os dados foram filtrados na banda 20/30 e 30/70 dias, e nova análise de componentes principais foi feita para ambas as bandas. Em Ferraz e Grimm (2000a) observa-se que picos espectrais entre 40/60 dias são mais significativos um pouco ao norte da nossa posição da ZCAS, mas também sobre a região subtropical. Picos em torno de 20/30 dias estão mais presentes sobre a ZCAS do que sobre a região subtropical.

Quando utilizamos a banda 20/30 (figura 2), dias encontramos algumas diferenças na ordem dos modos em relação à banda 10/100 dias (figura 1). O primeiro modo, com fortes elementos no Sul, tem semelhança com o quarto modo rotacionado da banda 10/100 dias. O segundo modo apresenta o dipolo da ZCAS e, comparado ao modo correspondente na banda 10/100 dias, apresenta um núcleo mais definido sobre os subtrópicos, em torno de

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Esse modo, nessa banda, reproduz um pouco melhor o modo encontrado por Paegle e Mo (1997). O terceiro e quarto modo não apresentam grande semelhança com algum dos quatro primeiros modos da banda 10/100 dias. Vale ressaltar que o terceiro modo da banda 10/100 dias não tem contraparte entre os quatro primeiros da banda 20/30 dias. As variâncias explicadas encontram-se na tabela 2.

variância % 10,43 10,24 8,39 8,07

Na banda 30/70 dias (figura 3) surge, como primeiro modo, o dipolo Sul - norte do Sudeste/sul do Nordeste, com um centro sobre o Paraná e Santa Catarina e outro sobre a divisa de Minas Gerais com a Bahia. Este modo corresponde ao terceiro na banda 10/100 dias, mas aqui possui elementos mais fortes ao Sul. O segundo modo é o modo ZCAS com centro um pouco mais definido no Sul, se comparando com a banda 10/100 dias. Esses dois modos apresentam praticamente a mesma variância explicada e desta maneira ambos são importantes nessa banda.

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O terceiro modo que explica 10% da variância total, é semelhante ao segundo modo da banda 10/100 dias. O quarto modo apresenta fortes elementos no Sul e explica 8% da variância.

As variâncias explicadas pelos quatro modos se encontram na tabela 3.

variância % 10,84 10,06 9,99 8,45

Analisando as três bandas, pode-se observar que o único modo de variabilidade rotacionado comum a todas elas é o modo ZCAS. Há outros modos em cada banda que são bastante semelhantes a modos na banda 10/100 dias, o que seria esperado. Contudo, vale ressaltar a ordem que aparecem esses modos. Enquanto na banda 20/30 dias o primeiro modo tem elementos mais fortes no Sul e o segundo modo é o ZCAS, na banda 30/70 dias o primeiro modo é o dipolo Sul - norte do Sudeste/sul do Nordeste. Isto é coerente com a distribuição de picos significativos na banda 36/70 dias mostrada por Ferraz e Grimm, (2000a).

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01/11/84 11/11/84 21/11/84 01/12/84 11/12/84 21/12/84 31/12/84 10/01/85 20/01/85 30/01/85 09/02/85 19/02/85 01/03/85 11/03/85 21/03/85 31/03/85 10/11/85 20/11/85 30/11/85 10/12/85 20/12/85 30/12/85 09/01/86 19/01/86 29/01/86 08/02/86 18/02/86 28/02/86 10/03/86 20/03/86 30/03/86 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 6 - 5 - 1 0 0 5 1 0 10 m d . s / r o t . x ( - 1 ) 10 m d . c / r o t . x ( - 1 ) 30 m d . c / r o t . x ( - 1 ) 50 m d . c / r o t . ( P M 0 0 ) Amp litude D i a s

a)Primeiro modo sem rotação (azul), primeiro modo (preto) e terceiro modo (verde) com rotação, banda 10/100 dias, multiplicados por (-1). O padrão em vermelho refere-se ao PC-5 de Paegle et al. (2000). 01/11/84 11/11/84 21/11/84 01/12/84 11/12/84 21/12/84 31/12/84 10/01/85 20/01/85 30/01/85 09/02/85 19/02/85 01/03/85 11/03/85 21/03/85 31/03/85 10/11/85 20/11/85 30/11/85 10/12/85 20/12/85 30/12/85 09/01/86 19/01/86 29/01/86 08/02/86 18/02/86 28/02/86 10/03/86 20/03/86 30/03/86 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 6 10 m d . s / r o t . x ( - 1 ) 20 m d . c / r o t . 50 m d . s / r o t . ( m o d o 4 0 P M 0 0 ) - 5 - 1 0 0 5 1 0 Amp litude D i a s

b) Primeiro modo sem rotação (multiplicado por (-1)), e segundo modo com rotação, banda

30/70 dias. O padrão em vermelho representa o componente de 40 dias do 5°modo de Paegle

et al. (2000). 01/11/84 11/11/84 21/11/84 01/12/84 11/12/84 21/12/84 31/12/84 10/01/85 20/01/85 30/01/85 09/02/85 19/02/85 01/03/85 11/03/85 21/03/85 31/03/85 10/11/85 20/11/85 30/11/85 10/12/85 20/12/85 30/12/85 09/01/86 19/01/86 29/01/86 08/02/86 18/02/86 28/02/86 10/03/86 20/03/86 30/03/86 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 10 m d . c / r o t . ( 1 0 / 1 0 0 ) x ( - 1 ) 20 m d . c / r o t . ( 2 0 / 3 0 ) x ( - 1 ) 20 m d . c / r o t . ( 3 0 / 7 0 ) Amp litude D i a s

c) Primeiro modo (banda 10/100 dias), (multiplicado por (-1)), segundo modo (banda 20/30 dias), (multiplicado por (-1)) e segundo modo (banda 30/70 dias)., rotacionados.

Figura 4: Série de componentes principais dos modos indicados, nas bandas indicadas, no período 01/11/84 a 30/03/86

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A série de componentes principais do modo ZCAS (com rotação) obtida com dados de precipitação foi graficada para se comparar com o resultado de Paegle et al. (2000), para os períodos de 1984 a 1986. Notar que as escalas não são comparáveis e que o modo de Paegle et al. (2000) foi incluído apenas para comparação de eventos positivos e negativos.

Como o modo ZCAS gerado com dados de precipitação possui sinal contrário ao gerado com dados de ROLE, as séries de componentes principais foram multiplicadas por (-1) para facilitar a comparação com o modo de Paegle et al. (2000).

Na figura 4a temos a série de componentes principais para o primeiro modo sem rotação, os primeiro e terceiro com rotação na banda 10/100 e o quinto modo com rotação (PC5) adaptado de Paegle et al. (2000).

As séries temporais do modo PC5 e do nosso primeiro modo rotacionado apresentam variação semelhante (as magnitudes não são comparáveis). O autovetor do primeiro modo sem rotação possui um dipolo sul - sudeste mais definido e sua série temporal embora apresente semelhanças com o primeiro modo rotacionado, também mostra diferenças. As séries dos modos rotacionados indicam que, apesar do terceiro modo mostrar um dipolo mais bem definido, é o primeiro modo que parece acompanhar melhor as variações do PC5 de Paegle et al. (2000), embora não se possa afirmar que é o mesmo modo. Há uma pequena defasagem de poucos dias entre os picos de ROLE (do PC5) e chuva (do primeiro modo), estando ROLE adiantado, o que parece coerente.

Na figura 4b temos o primeiro modo sem rotação e o segundo modo com rotação para a banda 30/70 dias, e o componente de período 40 dias do modo PC5, adaptado de Paegle et al. (2000) (aqui chamado modo 40). A série do primeiro modo sem rotação foi multiplicadas por (-1), para comparação com o segundo modo com rotação e com o modo 40.

Vemos que a série do primeiro modo sem rotação acompanha bem a série do modo 40, apresentando apenas uma pequena defasagem de alguns dias. O mesmo acontece para a série do segundo modo com rotação, já que este apresenta um dipolo mais definido, o que pode ser visto quando plotamos seu autovalor.

A figura 4c mostra componentes principais do primeiro modo na banda 10/100 dias e dos segundos modos nas bandas 20/30 dias e 30/70 dias e dos modos nas bandas 20/30 e 30/70 dias. Esses três modos representam a variabilidade na ZCAS nessas bandas. A variabilidade do primeiro modo na banda 10/100 dias parece dever-se mais ao segundo modo na banda 20/30 dias, embora a modulação pelo segundo modo da banda 30/70 dias seja aparente.

CONCLUSÕES

A análise de componentes principais de dados de precipitação filtrados nas bandas 10/100 dias, 20/30 dias e 30/70 dias revelou um modo de variabilidade fortemente associado a ZCAS.

Na banda 10/100 dias o primeiro modo rotacionado se concentra na ZCAS, embora ainda tenha fracos elementos de sinal contrário ao Sul. Os elementos ao Sul aparecem concentrados em outros modos. O mesmo ocorre nas bandas 20/30 e 30/70 dias mas com o segundo modo rotacionado. Isto significa que, apesar da aparente estrutura dipolo dos primeiros modos não rotacionados, não se trata estritamente de um dipolo, ou seja, os mecanismos que produzem grandes anomalias de chuva na ZCAS não são sempre os mesmos que produzem fortes anomalias de sinal contrário no Sul.

Há entre os modos rotacionados na banda 10/100 e 30/70 dias um modo com estrutura dipolo, mas seus centros não coincidem com os centros do modo dipolo de ROLE de Paegle e Mo (1997) e Paegle et al. (2000). O

deslocamento para norte do nosso modo em relação ao de Paegle et al. (2000) é maior que 5°, apresentando centros

em 15°S e 26°S.

Nosso modo dipolo tem variabilidade mais concentrada em períodos maiores em relação ao primeiro modo. Ele aparece como primeiro modo na banda 30/70 dias. Portanto, parece estar mais sujeito a influência da OMJ. O primeiro modo tem variabilidade mais concentrada na banda 20/30 dias e freqüências maiores. Esses dois modos não representam fases diferentes de um mesmo modo, mas podem ocorrer em fase eventualmente e nestas ocasiões a ZCAS ocuparia uma faixa mais larga e teria maior intensidade.

O nosso modo ZCAS parece diferente do modo dipolo de ROLE de Paegle e Mo (1997) e Paegle et al. (2000). A principal diferença em relação ao modo daqueles trabalhos reside no grande desbalanço entre anomalias de sinais opostos entre o Sul e Sudeste. Embora naquele modo os elementos fossem mais fortes sobre a ZCAS, a diferença no modo aqui obtido ainda é maior. Há algumas possíveis razões para isso: a área analisada Paegle e Mo (1997) era maior (40°S - 40°N , 180° - 20°E) e o modo em questão naquele caso era o quinto modo rotacionado, explicando apenas 3,8% da variância. Além disso foi calculado usando alguns anos de eventos ENOS. Para a série completa com todos os anos (1974 - 1993) esse modo passa a ser o décimo primeiro.

A melhor coincidência entre o nosso modo ZCAS e modo de dipolo de Paegle et al. (2000) parece estar na variabilidade na banda 30/70 dias que , contudo, é mais fraca que a de 20/30 dias no modo ZCAS.

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Comparando as variâncias explicadas pelo modo ZCAS (9%) e pelo modo de dipolo de ROLE de Paegle et al. (2000) (3,8%), conclui-se que o primeiro descreve melhor a variabilidade de precipitação sobre a área em estudo. AGRADECIMENTOS

Ao CNPq, pelo suporte à pesquisa no Grupo de Meteorologia da UFPR. Agradecemos também ao apoio do Inter-American Institute for Global Change Research (IAI).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

D'Almeida, C., 1997: Oscilações Intrasazonais de Precipitação na Estação Chuvosa em São Paulo e Condições Atmosféricas Associadas. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP, 113p. Freitas, E.D., 1998: Variabilidade Sazonal e Intrasazonal da Precipitação no Estado do Paraná. Dissertação de

Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG/USP, 133p.

Ferraz, S. E. T. e A. M. Grimm, 2000a: Oscilações intrasazonais presentes nas séries de precipitação no Sul e

Sudeste do Brasil e Sul da América do Sul. Anais do XI Congresso Brasileiro de Meteorologia, Sociedade Brasileira de Meteorologia.

Liebmann, B.; G.N. Kiladis; J. A. Marengo e T. Ambrizzi, 1999: Submonthly Convective Variability over South America and the South Atlantic Convergence Zone. Journal of Climate, 12, 1877–1891.

Paegle, J.N. e K.C. Mo, 1997: Alternating Wet and Dry Conditions Over South America during Summer. Monthly

Weather Review, 125, 279-290.

Paegle, J. N., L. A Byerle e K. C. Mo, 2000: Intraseasonal Modulation of South American Summer Precipitation,