Oceanografia Física MET-336-3
Evidence in support of the
climate change – Atlantic
hurricane hypothesis
James B. Elsner - Geophysical Research Letters, Vol. 33, August 2006
Aluna: Suelen T. Roballo
Professor: Luciano Pezzi
Evidências na sustentação da
hipótese da relação das mudanças
climáticas com os furacões do
Atlântico.
INTRODUÇÃO
 Aumento na potência dos ciclones tropicais no
Atlântico
 Correlação com o aumento da TSM no
Atlântico Norte;
 Debates sobre as possíveis causas do
aumento na potência dos furacões:


Flutuação climática natural –
Multidecadal do Atlântico (AMO).
Mudanças climáticas.
Oscilação
INTRODUÇÃO
 Aplicação de testes de causalidade (relação
causa e efeito) durante a estação de furacões.

Dados de temperatura média global do ar
próximo a superfície (TG);

Dados de TSM do Atlântico.
INTRODUÇÃO
 Resultados mostram que TG é útil na previsão
de TSM

TG “causa” TSM fornecendo evidências
adicionais na sustentação da hipóteses de
mudanças climáticas.
REVISÃO DA LITERATURA
 Emanuel (2005) e Webster et al. (2005) -
Evidências observacionais – aumento da
intensidade dos furacões nas décadas recentes
juntamente com o aumento da TSM.
REVISÃO DA LITERATURA
 Emanuel (2005):


Relata um medida de energia dissipada pelos ciclones
tropicais (Índice de Potência Dissipada – PDI).
PDI: Proporcional ao cubo da velocidade dos ventos
acumulados sobre as bacias oceâncias (neste caso,
Atlântico Norte).



PDI praticamente dobrou desde 1950 (maior parte nos
últimos 30 anos).
Contribuição: Aumentos na intensidade e duração dos
ciclones tropicais.
PDI fortemente correlacionada com as TSMs das bacias
oceânicas.
REVISÃO DA LITERATURA
 Emanuel (2005):



Relação entre as duas séries
TSM tropical exerce um forte controle no PDI.
A grande ascensão na década passada é sem precedentes
e provavelmente reflete o efeito do aquecimento global.
Figura 1: Medida da potência total dissipada anual
pelos ciclones tropicais no Atlântico Norte comparado
com a TSM de setembro. O PDI foi multiplicado por
2,1 x 10-12 e a TSM (obtida do conjunto de dados do
Hadley Center Sea Ice e SST – HadISST) é
calculada para uma caixa limitada entre 6º N e 18º N
em latitude e entre 20º W e 60º W em longitude.
Anos
Fonte: Emanuel (2005)
REVISÃO DA LITERATURA
Estação de furacões do Atlântico
 Estação típica: 1º de junho a 30 de novembro
 Pico: metade de agosto até outubro.
 Estação média: 10 tempestades tropicais sendo
que 6 se tornam furacões e 2 atingem ventos
acima de 46 m/s (categoria 3 ou mais).
Estimativa baseada em uma média a longo prazo, mas há
muita variabilidade de um ano para o outro.
REVISÃO DA LITERATURA
Termos utilizados na descrição de uma
estação de furacões
 Freqüência: número de furacões que ocorre.
 Intensidade: Medida da força ou velocidade
máxima de um furacão.
 Atividade: Termo utilizado pelo Centro
Nacional de Furacões que abrange a
freqüência e intensidade de furacões em uma
estação.
REVISÃO DA LITERATURA
Furacões principais
A estação na bacia do Atlântico
Figura 2: Número de furacões principais de 1944 a
2000. A linha sólida horizontal corresponde ao valor
médio (2,3). A linha curva pontilhada é uma média de 5
anos. A linha reta pontilhada mostra o valor de três
furacões principais por ano.
Fonte:Adaptado de Goldenberg et al. (2001)

1970 a 1987: baixos
níveis de atividade
ciclônica tropical.

1988 – 1989: reinício da
atividade

1991-1994: retorno a um
baixo nível de atividade
(evento de El Niño de
1990-1995).

1995 até 2000: atividade
acima do normal a cada
ano, exceto em 1997
OBJETIVOS
 Comprovar que as mudanças climáticas estão
afetando a atividade dos furacões no Atlântico
Norte.
 Examinar a conexão estatística entre TG e a TSM
do Atlântico
DADOS
TG
 Anomalias mensais com precisão de  0,05ºC .

Fonte de dados: IPCC do Climate Research Unit (CRU).
TSM do Atlântico
 Anomalias mensais (ºC).
 dados são uma mistura do modelo de Hadley e TSM interpoladas
da U.S NOAA Climate Diagnostic Center.
Anomalias de TG e TSM: médias temporais de agosto a outubro
para 135 estações consecutivas de furacões de 1871-2005
DADOS
Índice de Potência Dissipada - PDI
 Soma das velocidades do vento ao cubo, acumuladas





durante estações inteiras de furacões
1871 – 2005.
Fonte: HURDAT (Base de dados de tempestades tropicais e
furacões do Oceano Atlântico, Golfo do México e Mar do
Caribe).
Cálculo de PDI a cada 6 horas de observação
Consideração: somente observações de ciclones tropicais
em intensidade de 33 m/s ou acima.
Valores anuais de PDI total dependem da duração,
freqüência e intensidade dos furacões.
Normalização do PDI total anual pela raiz cúbica da soma
das velocidades.
METODOLOGIA
Hipóteses consideradas - causas do recente aumento
das atividades dos furacões
TG
a) Mudanças climáticas: TG aumenta causando
aumento na TSM do Atlântico.
TSM
b) AMO: mudanças naturais na circulação de água
profunda do Oceano Atlântico conduz a TSM para a
estação de furacões - mudanças em ambas atividades
de furacões e TG.
Em ambas hipóteses a TSM local exerce um
papel direto no aumento da potência dos
furacões.
F
TSM
TG
F
Mudança climática : causalidade vai da TG à TSM do Atlântico.
AMO: o contrário.
RESULTADOS PRELIMINARES
---- TG
---- TSM do Atlântico.
 Correlação linear: 0,82 –
probabilidade de 95%
(0,75; 0,88).
 A relação de causalidade
Figura 3. Anomalias de TG e TSM no Atlântico Norte.
Série temporal de agosto a outubro.
(relação de causa e efeito)
não pode ser avaliada
apenas de correlação.
 Testes de causalidade
podem ser feitos
determinando se uma série
temporal é útil na previsão
de outra.
Testes de causalidade Granger
 Procura superar as limitações do uso de simples correlações
entre variáveis.
 Testes estatísticos comparando dois conjuntos de modelos
envolvendo valores defasados da variável previsora.
Uma variável é dita X causa-Granger Y se puder ser
mostrado que um série temporal de X fornece uma
significante informação estatística sobre os valores futuros
de Y.
Testes de causalidade Granger
 Modelo
reduzido: regressão de Y através de valores
defasados dessa variável para determinar
a máxima
defasagem de Y.
 Modelo completo: Y é regredido sobre valores defasados de
Y e de X para a máxima defasagem.
 O modelo completo é comparado com o modelo reduzido
utilizando o teste F para verificar se valores defasados de X
melhoram estatisticamente sobre o modelo reduzido.
 Se houver uma significante melhora no Modelo Completo
por adicionar uma váriavel X então é dito que X causa
Granger Y.
Testes de causalidade Granger
Neste caso:
 Interesse na causalidade entre duas variáveis (X e Y)
 Definição de dois modelos estatísticos como:
(1)
(2)
 em que Yt (Xt) é o valor de Y(X) em um tempo t ;
t e t são os resíduos dos modelos de regressão.
Defasagem de 1 ano.
Testes de causalidade Granger
Neste caso:
 Dois
testes separados com os resultados
juntamente, fornecendo indícios de causalidade.
tomados
 1º teste: Previsão de TSM a partir de TG utilizando
valores defasados de TSM e TG como previsores.
 TSM é a variável resposta
 2º teste: Previsão de TG a partir da TSM do Atlântico.
 TG é a variável resposta.
RESULTADOS
Tabela 1: Testes de causalidade Granger (TG e TSM do Atlântico)
Modelo
Completo
Reduzido
Completo
Reduzido
Resíduos Df Df Valor F
Pr (> Valor F)
Teste 1: TSM como resposta
130
1
7,072
0,0088
131
Teste 2: GT como resposta
130
1
0,910
0,3419
131

1º teste: Determina se TG adiciona alguma informação na previsão de um
modelo de TSM no Atlântico.
 Valor de F (usado para decidir se um modelo como um todo tem
capacidade de previsão estatisticamente significante) é grande e
significante (Pr=0,0088) indicando que valores defasados de TG são
úteis na previsão de TSM.

2º teste: TSM num modelo de previsão de TG.
 F é pequeno e insignificante (Pr=0,3419) indicando que valores
defasados de TSM não são úteis na previsão de TG.
TG causa TSM no sentido Granger
RESULTADOS
 Assim, espera-se que a TSM do Atlântico cause maior
atividade dos furacões e que essa causalidade seja detectada
no sentido Granger.
 Análise dessa afirmação:
 Utilização do procedimento anterior, considerando:
índice de dissipação de energia (PDI) – como medida da
atividade de furacões no Atlântico.
 TSM do Atlântico.

RESULTADOS
Tabela 2: Testes de causalidade Granger (TSM e atividade dos furacões)
Modelo
Completo
Reduzido
Completo
Reduzido
Resíduos Df
Df
Valor F
Teste 1: TSM como resposta
130
1
1,278
131
Teste 2: PDI como resposta
130
1
4,306
131
Pr (> Valor F)
0,2604
0,0400
 1º teste: Se PDI adiciona alguma informação na previsão de
TSM.
 F pequeno (PDI não é útil na previsão de TSM)
 2º teste: Se TSM adiciona informação na previsão de PDI.
 Valor de F é grande (TSM é útil na previsão de atividade
de furacão)
TSM no Atlântico causa atividade dos furacões e o contrário não
é verdadeiro.
CONCLUSÕES
 Relação direta entre mudanças climáticas e atividade
dos furacões.
 Teste
de causalidade Granger: consistentes com a
hipótese que, com as mudanças climáticas,
a
atmosfera causa o aquecimento dos oceanos e estes por
sua vez, armazenam mais energia que é convertida em
ventos dos furacões.
 Esta relação entre mudanças climáticas e atividade de
furacões não pode se estender a outras regiões de
ciclones tropicais onde circulações oceânicas podem ter
um papel dominante no aquecimento (e resfriamento)
da superfície oceânica.
CONCLUSÕES
 Importância do entendimento de como o clima modula
a
atividade
dos
furacões
para
principalmente em regiões costeiras.
a
sociedade,
 O aumento da dissipação de potência dos furacões nas
últimas décadas juntamente com os resultados deste
trabalho sugerem motivo de preocupação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Emanuel, K. A. (2005), Increasing destructiveness of tropical cyclones over the past 30 years,
Nature, 436, 686– 688.
Folland, C. K., et al. (2001), Global temperature change and its uncertainties since 1861,
Geophys. Res. Lett., 28, 2621– 2624.
Goldenberg, S. B., C. W. Landsea, A. M. Mestas-Nun˜ez, and W. M. Gray (2001), The recent
increase in Atlantic hurricane activity: Causes and implications, Science, 293, 474– 479.
Pielke, R. A., Jr., C. Landsea, M. Mayfield, J. Laver, and R. Pasch (2005), Hurricanes and
global warming, Bull. Am. Meteorol. Soc., 86, 1571– 1575.
Trenberth, K. (2005), Uncertainty in hurricanes and global warming, Science, 308, 1753–
1754.
Trenberth, K., and D. J. Shea (2006), Atlantic hurricanes and natural variability in 2005,
Geophys. Res. Lett., 33, L12704, doi:10.1029/ 2006GL026894.
Webster, P. J., G. J. environment, Science, 309, 1844– 1846.
Obrigada!