EPISÓDIOS EL NIÑO E LA NIÑA E A FREQUÊNCIA DE EVENTOS EXTREMOS DE
PRECIPITAÇÃO NO BRASIL: ANÁLISE NO LITORAL DA REGIÃO SUL
Alice Marlene Grimm 1 e Renata Gonçalves Tedeschi1
RESUMO
Este estudo examina como episódios El Niño (EN) e La Niña (LN) modificam a freqüência de
eventos extremos de precipitação no Brasil em relação a anos normais e porque ocorrem estas
modificações. Eventos extremos são aqueles em que o percentil correspondente à precipitação
média de três dias é maior que 90. A diferença entre a média de eventos extremos para anos EN e
Normais e para LN e Normais mostram que os episódios EN e LN influenciam
significativamente a freqüência de eventos extremos em várias regiões do Brasil em certos
períodos. As relações entre perturbações de grande escala e as variações na freqüência de eventos
extremos de precipitação são estudadas para o litoral da Região Sul, onde diferenças
significativas foram encontradas. As características gerais das anomalias atmosféricas durante
eventos extremos são semelhantes, quer eles ocorram durante episódios EN, LN ou em anos
normais. Elas são comparadas com as anomalias médias mensais de campos atmosféricos durante
esses episódios. A freqüência de eventos extremos aumenta (diminui) quando as perturbações de
grande escala favorecem (desfavorecem) as anomalias de circulação associadas com eles. A
correlação da temperatura da superfície do mar com a chuva mensal e com a frequência de
eventos extremos na área focalizada mostra que, embora variações da chuva mensal na região
sejam associadas com episódios ENOS, a ocorrência de eventos extremos depende de certas
condições produzidas pela modulação destes episódios por oscilações interdecadais.
ABSTRACT
This study examines how El Niño (EN) e La Niña (LN) episodes modify the frequency of
extreme precipitation events in Brazil, and the reason for this modification. Extreme events are
those with a three-day average percentile above 90. The difference between the mean frequencies
of extreme events for EN and normal years, and for LN and normal years show that EN and LN
episodes influence significantly the frequency of extreme events in several regions in Brazil
during certain periods. The relationships between large-scale atmospheric perturbations and
variations in the frequency of extreme events are analyzed for the coast of southern Brazil, where
significant differences are found. The general features of the anomalous atmospheric fields
during extreme events are similar, no matter if they occur during EN or LN episodes or in normal
years. They are compared with composites of monthly atmospheric anomalous fields during
those episodes. The frequency of extreme events increases (decreases) when large-scale
perturbations favor (hamper) the circulation anomalies associated with them. The correlation
analysis of sea surface temperature with monthly total precipitation and with the frequency of
extreme events in the focused area shows that although the monthly rainfall is associated with
ENSO, the occurrence of extreme events depends also on interdecadal oscillations.
Palavras-chave: Eventos extremos; precipitação; ENOS.
1
Universidade Federal do Paraná, Departamento de Física , Centro Politécnico, Bloco 2. Caixa Postal 19044, CEP
81531-990, Curitiba, Fone (41) 3361-3669, e-mails: [email protected], [email protected]
INTRODUÇÃO
As anomalias de temperatura da superfície do mar (TSM) associadas com episódios El
Niño (EN) e La Niña (LN) produzem fluxos anômalos de calor e vapor de água do Oceano
Pacífico para a atmosfera. As anomalias de convecção associadas causam anomalias de
divergência em altos níveis que perturbam a circulação atmosférica global. Ondas de Rossby
são produzidas e as circulações divergentes de Walker e de Hadley são perturbadas. Há
significativos impactos sobre diversas regiões da América do Sul (AS) durante as diferentes
fases do El Niño-Oscilação Sul (ENOS) (e. g., Ropelewski e Halpert, 1987; Aceituno, 1988;
Grimm, 2003, 2004).
Gershunov (1998) mostra que há significativa diferença entre probabilidades
associadas com eventos extremos de precipitação nos Estados Unidos durante episódios EN e
LN. Esta diferença representa maior previsibilidade potencial de aumento ou redução desses
eventos extremos durante estes episódios.
Em vista do significativo impacto de episódios ENOS sobre os totais mensais e
sazonais de precipitação em diversas regiões da América do Sul (AS), este estudo está
focalizado no impacto de episódios EN e LN sobre a freqüência de eventos extremos de
precipitação no continente. Esta informação é útil para refinar a previsão climática durante
estes episódios e para aumentar o preparo para enfrentar desastres naturais.
Além de apresentar uma avaliação quantitativa das modificações de freqüência dos
eventos extremos de precipitação, o presente estudo compara os campos de anomalias
atmosféricas médias durante episódios EN e LN com as condições atmosféricas durante
eventos extremos de precipitação nas regiões mais afetadas pelas alterações de freqüência
durante esses episódios para esclarecer as razões para estas modificações.
DADOS E MÉTODOS
Os dados diários de precipitação de do período 1956-2002 são interpolados numa
grade de 1° para se obter distribuição mais homogênea de dados. Médias móveis de três dias
são calculadas e os valores atribuídos aos dias centrais. Distribuições gama são ajustadas a
estas médias, uma para cada dia do ano. Os dados de precipitação são então substituídos por
seus respectivos percentis. Eventos extremos são aqueles com percentil acima de 90. O
número de eventos extremos é calculado para cada mês de cada ano. Os anos são classificados
como EN, LN e anos normais (Tabela 1), considerando, de acordo com o ciclo médio EN/LN,
que o ano começa em agosto (ano 0) e termina em julho (ano +1). A frequência média de
eventos extremos para cada mês, dentro de cada categoria de ano, e a diferença entre estas
freqüências médias para EN e anos normais, e para LN e anos normais são calculadas, assim
como sua significância estatística.
Tabela 1. Anos El Niño e La Niña incluidos na análise.
El Niño (0) 1957, 1963, 1965, 1969, 1972, 1976, La Niña (0) 1964, 1967, 1970, 1971, 1973, 1975,
1982, 1986, 1987, 1991, 1997
1985, 1988, 1999
As relações entre perturbações atmosféricas de grande escala durante episódios ENOS
e modificações na freqüência de eventos extremos de precipitação são examinadas através dos
campos atmosféricos anômalos durante episódios EN e LN e durante eventos extremos em
regiões nas quais há alteração significativa na freqüência destes eventos. Esta análise,
realizada com os dados da reanálise do NCEP/NCAR, abrange os ventos em 850 hPa e 200
hPa, e fluxo de umidade verticalmente integrado e sua divergência. As anomalias dos campos
atmosféricos são calculadas, como foi feito para os dados de precipitação, para médias móveis
de três dias, com relação aos valores climatológicos para cada uma destas médias, suavizadas
por uma média móvel de 30 dias. Aqui são apresentados os resultados desta análise somente
para os extremos de precipitação em novembro, no litoral da Região Sul do Brasil, incluindo
principalmente o litoral de Santa Catarina (Fig. 1).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Episódios EN e LN influenciam significativamente a freqüência de eventos extremos
de precipitação em várias regiões do Brasil durante certos períodos do ciclo ENOS. Somente
os resultados para novembro e janeiro são mostrados na Fig. 2. Em novembro há notável
impacto sobre a freqüência no Sul do Brasil, com efeitos postos em episódios EN e LN. Em
anos EN há mais eventos extremos, enquanto eles são reduzidos em anos LN. No norte da AS
parece também haver mudanças opostas no número de eventos extremos, com menos eventos
durante anos EN e mais eventos em anos LN. Contudo, nesta região não há suficientes dados
diários no período estudado para permitir análise mais clara. Estes resultados são consistentes
com os impactos sobre totais sazonais e mensais de precipitação (Grimm et al. 2000; Grimm
2003; 2004).
A mudança na frequência de eventos extremos de precipitação sofre uma reversão no
Centro-Leste do Brasil, de novembro (0) para janeiro (+), tanto nos anos EN como LN (Fig.
2). Enquanto há diminuição (aumento) de eventos nesta região em novembro (0) de anos EN
(LN), há aumento (diminuição) em janeiro (+) de anos EN (LN). O efeito é mais forte em
episódios LN. A mesma reversão ocorre para anomalias de totais mensais de precipitação,
como mostrado em Grimm (2003; 2004). O aumento significativo de eventos extremos afeta
uma área menos extensa que sua significativa redução, tanto em anos EN como LN. Isto é
especialmente visível quando se compara o impacto sobre o Sul do Brasil em novembro (0), e
sobre o Centro-Leste do Brasil em janeiro (+).
As figuras 3 e 4 mostram as anomalias médias de vento e fluxo de umidade durante
novembro (0) de episódios EN e LN, respectivamente. Durante episódios EN anomalias
ciclônicas predominam sobre o sudoeste da AS, enquanto anticiclônicas prevalecem nos
subtrópicos a leste. Anomalias opostas são características de episódios LN, embora um pouco
deslocadas para sudoeste. Em baixos níveis, as anomalias associadas com EN fortalecem o
jato de baixos níveis a leste dos Andes, enquanto as associadas com LN tendem a enfraquecer
este jato. Estas anomalias fortalecem o fluxo de umidade para dentro (fora) do Sul do Brasil e
convergência (divergência) de fluxo de umidade nesta região durante episódios EN (LN).
As anomalias médias de vento e fluxo de umidade durante eventos extremos no litoral
de SC não apresentam significativas diferenças na vizinhança desta região para anos EN e LN
(Figuras 5 e 6). Há anomalia ciclônica em baixos níveis e em altos níveis anomalia ciclônica a
sudoeste e anticiclônica a nordeste, com fortalecimento do jato subtropical sobre a região. O
fluxo de umidade apresenta convergência na região, embora a máxima convergência esteja
situada a nordeste. Portanto, os aspectos gerais destes campos anômalos são similares, não
importando se os eventos extremos ocorrem durante episódios EN ou LN. Eles mostram os
ingredientes essenciais para precipitação fortalecida: convergência de umidade e situação
favorável para levantamento de ar até o nível de condensação.
A comparação das composições para os eventos extremos nas figuras 5 e 6 com as
anomalias mensais nas figuras 3 e 4 mostra porque a freqüência de eventos extremos se altera
significativamente entre eventos EN e LN no litoral sul do Brasil. Os padrões anômalos nas
vizinhanças desta região durante eventos extremos (tanto em EN como em LN) são muito
semelhantes às anomalias mensais associadas com episódios EN, mas muito diferentes e até
opostas às anomalias mensais observadas durante anos LN. O grande aumento na freqüência
de eventos extremos é, portanto, devido a condições muito favoráveis de grande escala,
enquanto a redução é causada por condições de grande escala que não favorecem precipitação
forte e persistente. É interessante lembrar que as composições da Fig. 5 foram baseadas em 68
eventos extremos ocorridos na região focalizada durante 11 episódios EN, enquanto as
composições da Fig. 6 foram obtidas de 21 eventos extremos ocorridos durante 9 episódios
LN, o que mostra claramente a grande diferença entre a freqüência de eventos extremos
durante estas fases opostas de ENOS.
Uma análise de correlação entre TSM e freqüência de eventos extremos é realizada
para verificar se há algum outro mecanismo responsável por eventos extremos no litoral da
Região Sul em novembro que não atue durante outros eventos de precipitação neste mês (Fig.
7). A correlação entre TSM e chuva média apresenta um padrão típico de TSM associado com
ENOS em novembro, o que mostra a associação entre a variação da precipitação mensal com
os episódios ENOS. Contudo, a correlação com a freqüência de eventos extremos mostra que
nem todos episódios ENOS estão associados com eventos extremos na região, mas aqueles em
que as anomalias de TSM no Pacífico central e leste se estendem para latitudes maiores em
ambos os hemisférios e com mais fortes anomalias no Pacífico norte. Isto indica a importância
da modulação de episódios ENOS por variabilidade interdecadal para ocorrência de eventos
extremos. Além disto, no Atlântico norte há inversão do sinal de anomalias, o que também
indica a interferência de variabilidade interdecadal. Por último, há importante mudança no
Atlântico Sul, onde a TSM é maior junto ao litoral da Região Sul quando há aumento de
eventos extremos.
CONCLUSÕES
Episódios EN e LN afetam significativamente a frequência de eventos extremos em
várias regiões do Brasil. Na região aqui focalizada as composições de anomalias atmosféricas
durante eventos extremos mostram que a freqüência destes eventos aumenta (diminui) quando
as perturbações de grande escala favorecem (dificultam) as anomalias de circulação
associadas com eventos extremos nesta região. Contudo, embora as variações de chuva
mensal na região sejam associadas com episódios ENOS, a ocorrência de eventos extremos
está associada a episódios ENOS com certas condições particulares, que podem ser
produzidas pela modulação destes episódios por oscilações interdecadais.
Agradecimentos. Este trabalho foi apoiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico (CNPq, Brazil) e o Inter-American Institute for Global Change
Research (IAI-CRN 055).
REFERÊNCIAS
Aceituno, P., 1988: On the functioning of the Southern Oscillation in the South American
sector. Part I: Surface climate. Mon. Wea. Rev., 116, 505-524.
Grimm, A. M., A. M., 2003: The El Niño Impact on Summer Monsoon in Brazil: Regional
Processes versus Remote Influences. Journal of Climate, 16, 263-280.
_____, 2004: How do La Niña events disturb the summer monsoon system in Brazil? Climate
Dynamics, 22, n. 2-3, 123-138.
Gershunov, A., 1998: ENSO influence on intraseasonal extreme rainfall and temperature
frequencies in the contiguous United States: implications for long-range predictability. J.
Climate, 11, 3192-3203.
Ropelewski, C.F., and M.S. Halpert, 1987: Global and regional scale precipitation patterns
associated with the El Niño/Southern Oscillation. Mon. Wea. Rev., 115, 1606-1626.
Figura 1: Área focalizada na análise das condições associadas com eventos extremos
Figura 2: Diferença no número de eventos extremos entre anos El Niño e anos Normais (1ª e
3ª figuras) e entre anos La Niña e anos Normais (2ª e 4ª figuras), para novembro (0) (1ª e 2ª) e
janeiro (+) (3ª e 4ª). As diferenças significativas a um nível melhor que 0.10 estão em cinza.
Figura 3: Composição das anomalias mensais do vento 850hPa (1ª figura), e de 200hPa (2ª), do fluxo
de umidade vertical (3ª) e do seu divergente (4ª), para novembro (0) de anos El Niño.
Figura 4: Composição das anomalias mensais do vento 850hPa (1ª figura), e de 200hPa (2ª), do fluxo
de umidade vertical (3ª) e do seu divergente (4ª), para novembro (0) de anos La Niña.
Figura 5: Composição das anomalias de vento 850hPa (1ª figura), e de 200hPa (2ª), do fluxo de
umidade vertical (3ª) e do seu divergente (4ª), para os eventos extremos na região leste do Sul do
Brasil, para novembro (0) de anos El Niño, obtida a partir de 68 eventos extremos.
Figura 6: Composição das anomalias de vento 850hPa (1ª figura), e de 200hPa (2ª), do fluxo de
umidade vertical (3ª) e do seu divergente (4ª), para os eventos extremos na região leste do Sul do
Brasil, para novembro (0) de anos La Niña, obtida a partir de 21 eventos extremos.
Figura 7: Coeficientes de correlação entre TSM e a precipitação mensal na região leste do Sul do
Brasil mostrada na Fig. 1 (figura à esquerda), e entre TSM e a freqüência de eventos extremos da
precipitação na mesma região (figura à direita). As regiões em amarelo (azul) indicam a correlação
significativa a um nível melhor que 0.05.