índices de monção de verão para o hemisfério sul simulados pelos modelos do cmip

79 Pages·2015·4.84 MB·Portuguese

VANÚCIA SCHUMACHER POGORZELSKI

ÍNDICES DE MONÇÃO DE VERÃO PARA O HEMISFÉRIO SUL SIMULADOS
PELOS MODELOS DO CMIP

Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Viçosa, como parte das
exigências do Programa de Pós-Graduação
em Meteorologia Aplicada, para obtenção
do título de Magister Scientiae.

VIÇOSA
MINAS GERAIS – BRASIL
2015
Ficha catalográfica preparada pela Seção de Catalogação e
Classificação da Biblioteca Central da UFV
VANÚCIA SCHUMACHER POGORZELSKI

ÍNDICES DE MONÇÃO DE VERÃO PARA O HEMISFÉRIO SUL SIMULADOS
PELOS MODELOS DO CMIP

Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Viçosa, como parte das
exigências do Programa de Pós-Graduação
em Meteorologia Aplicada, para obtenção
do título de Magister Scientiae.

APROVADA: 17 Julho de 2015.
―Todos os caminhos são mágicos se nos levam a nossos sonhos‖
Paulo Coelho

ii
AGRADECIMENTOS

Ao meu filho Kurt, pela paciência por todos os momentos de ausência e
mudanças. Ao meu marido Denison, pelo carinho e compreensão durante as
horas e horas de estudo e dedicação à pesquisa.
Ao plano espiritual, pela energia e luz recebida em todos os momentos
de alegria e dificuldades. À minha família, que mesmo a distância, sempre me
incentivou a continuar por este caminho.
Ao meu orientador, Dr. Flávio Justino, pela dedicação e paciência; pela
amizade construída e ensinamentos, e pela valiosa contribuição na realização
desta pesquisa.
Aos colegas de sala Alex e Noele, pela convivência, troca de
experiências e incentivo. Aos colegas Douglas, Álvaro e Marcos Paulo pela
amizade e contribuição.
Aos demais colegas, professores e funcionários do Departamento de
Engenharia Agrícola e da área de Meteorologia Aplicada, especialmente a
Graça, pela atenção e colaboração sempre que necessário. A todos que direta
e indiretamente contribuíram para essa realização.
Ao CNPq pelo apoio financeiro e a Universidade Federal de Viçosa.

iii
SUMÁRIO

RESUMO........................................................................................................... vi
ABSTRACT ....................................................................................................... vii
CAPÍTULO 1 ...................................................................................................... 1
INTRODUÇÃO GERAL ...................................................................................... 1
1.2 Objetivo Geral .......................................................................................... 3
1.2.1 Objetivos específicos .......................................................................... 3
1.3 Estrutura da Dissertação ......................................................................... 3
CAPÍTULO 2 ...................................................................................................... 4
REVISÃO DE LITERATURA .............................................................................. 4
2.1 Variabilidade climática no Hemisfério Sul ................................................ 4
2.2 Regimes de Monções .............................................................................. 5
2.3 Influencia das mudanças climáticas nas monções .................................. 8
CAPÍTULO 3 .................................................................................................... 10
MODELOS CLIMÁTICOS E MÉTODOS NUMÉRICOS ................................... 10
3.1 Modelos Climáticos do CMIP .................................................................. 10
3.2 Reanálise e dados observados ............................................................... 12
3.3 MÉTODOS NUMÉRICOS ....................................................................... 12
3.3.1 Simulações dos Modelos x Reanálises ............................................ 12
3.3.2 Analise Harmônica............................................................................ 13
3.3.3 Índices de monção de verão ............................................................. 14
3.3.4 Funções Ortogonais Empíricas- Oscilação Antártica........................ 15
3.3.4.1 Resposta da Oscilação Antártica ............................................. 15
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 17
CAPÍTULO 4 .................................................................................................... 25
ARTIGO PROPOSTO ...................................................................................... 25
1. Introduction ............................................................................................... 26
2. Data and Methodology .............................................................................. 29
2.1 CMIP5 models and experiments. ......................................................... 29
2.2. Reanalysis Datasets and modeling evaluation ................................... 30
3. Results ...................................................................................................... 33
iv
3.1. Simulations of the variability climate in Southern Hemisphere by CMIP5
.................................................................................................................. 33
3.2. Differences by CMIP5 in climate of the Southern Hemisphere. .......... 35
3.3. Seasonal Climate Cycle in Southern Hemisphere. ............................. 39
3.4. Seasonal Cycle in Monsoon Domain of the Southern Hemisphere..... 43
3.4 Summer monsoon indices ................................................................... 45
3.5 Interannual variability summer monsoon indices ................................. 47
3.5.1. UVI index .................................................................................... 48
3.5.2 SAFI index ................................................................................... 51
3.5.3 AUSMI index ................................................................................ 54
3.6 Influence of the Antarctic Oscillation in the summer monsoon rainfall . 59
3.7 Relationship of the El Niño Southern Oscillation ................................. 61
4. Conclusions .................................................................................................. 63
REFERENCES ................................................................................................. 65

v
RESUMO

POGORZELSKI, Vanúcia Schumacher, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa,
julho de 2015. Índices de monção de verão para o Hemisfério Sul
simulados pelos modelos do CMIP. Orientador: Flávio Justino.

O principal objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade dos modelos
climáticos do CMIP5 em representar a variabilidade interanual dos índices de
monção de verão (IMVs) para o Hemisfério Sul (HS), e analisar a resposta dos
padrões de teleconexões da Oscilação Antártica (AAO) com os IMVs e a
precipitação durante o verão austral. Os índices foram calculados com base na
metodologia encontrados na literatura, através da componente do vento em
baixos níveis para três regiões de monção tropical no HS: América do Sul
(SAM), Sul da África (SAF) e Austrália (AUS). Os resultados sugerem que as
chuvas nos domínios de monção são comumente caracterizadas com
anomalias de baixa pressão, associado com circulação ciclônica em baixos
níveis e gradiente de Temperatura da Superfície do Mar. Além disso, observa-
se um dipolo anômalo de pressão sobre América do Sul, e um efeito gangorra
da anomalia de precipitação positiva (negativa) entre SAM (AUS). Nota-se
também que o índice da AUS modula as chuvas em grande parte da África. As
chuvas monçônicas são bem correlacionadas com a fase positiva da AAO. Em
geral, os modelos CMIP5 apresentam grande variabilidade espacial entre si, e
em termos de amplitude dos valores. Observa-se também que os modelos que
apresentam menores contrastes de precipitação e temperatura em relação aos
dados observados, reproduzem relativamente bem às simulações em
comparação com o observado.

vi
ABSTRACT

POGORZELSKI, Vanúcia Schumacher, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa,
July, 2015. Summer monsoon indices for Southern Hemisphere simulated
by CMIP models. Adviser: Flávio Justino.

The purpose of this study is to evaluate the ability of climate models CMIP5 in
representing the interannual variability of summer monsoon indices (IMVs) in
Southern Hemisphere (SH), and analyze the response of teleconnections
patterns of the Antarctic Oscillation (AAO) with IMVs and precipitation during
the southern summer. The indices were calculated based on the methodology
in the literature, through the wind component at low levels for three regions of
tropical monsoon in SH: South America (SAM), South Africa (SAF) and
Australia (AUS). The results suggest that rainfall in the monsoon domains are
usually characterized with low pressure anomalies associated with cyclonic
circulation at low levels and Sea Surface Temperature gradient. In addition,
there is an anomalous dipole pressure on South America, and one seesaw
effect of positive precipitation anomaly (negative) between SAM (AUS). It is
noted also that the AUS index modulates the rains in much of Africa. The
monsoon rains are well correlated with the positive phase of the AAO. In
general, CMIP5 models have large spatial variability among themselves and in
terms of amplitude values. It is also observed that the models exhibit lower
contrasts precipitation and temperature in relation to the observed datasets, to
reproduce relatively well the simulations compared with observed.

vii
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO GERAL

O sistema de monção global representa o modo dominante da variação
anual da circulação tropical (WANG; DING, 2008), caracterizado pelo contraste
sazonal da precipitação, com chuvas intensas no verão e escassez durante o
inverno, associado a eventos extremos e desastres naturais (ZHISHENG et al.,
2014). O regime de monção engloba várias regiões da faixa tropical do globo,
impactando cerca de 70% da população que vive em países em
desenvolvimento nessas regiões, influenciando diretamente a economia, onde
o principal foco econômico é baseado na agricultura (GAN, 2009; ZHISHENG
et al., 2014). Portanto, pesquisas que objetivem avaliar a dinâmica das
monções são fundamentais, não somente pelo interesse científico, mas
também para a prevenção e mitigação sócio-econômica dos seus efeitos.
A definição clássica de monção é dada pela reversão da direção dos
ventos sazonalmente, entre a estação de inverno (seca) e verão (chuvosa)
(MORAN; MORGAN, 1986). A variabilidade anual associada à estação
chuvosa ocorre quando os ventos sopram do oceano para o continente,
transportando ar quente e úmido, e a estação seca, quando os ventos
revertem, trazendo ar frio e seco do interior do continente em direção ao
oceano (WEBSTER et al., 1998).
Além disso, a monção é conduzida pelo ciclo sazonal de radiação solar
e pelo contraste térmico entre continente-oceano, favorecendo a convecção
durante a estação de verão (maior contraste térmico), também associada com
a posição climatológica da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) (ASNANI,
1993). A forçante térmica depende da orografia e controla a intensidade e o
domínio regional de monções (IPCC, 2013). Essas características marcam o
início da estação chuvosa em diferentes domínios de monções como na Índia,
Austrália, Ásia, África, América do Norte e Sul, sendo a região central da
América do Sul (SAM), sul da África (SAF) e Austrália (AUS) parte do domínio
de monções para o Hemisfério Sul (HS), foco deste estudo.
As variações no regime de precipitação de monção são moduladas por
diferentes modos de variabilidade e teleconexões. O papel da Temperatura da
1