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RESPOSfAS A FONTES TROPICAIS ANÔMALAS DE CALOR ATRAVÉS DE
UMA HI:ERARQUIA DE MODELOS BAROTRÕPICOS
Alice Marlene Grimm
UFPr-Depto Física / USP-IAG-Depto Meteorologia
Caixa Postal 3ü627-CEP ülü51-são Paulo-SP
Pedro L.da Silva Dias
INPE-CPTEC / USP-IAG-Depto Meteorologia
Caixa Postal 515-CEP 122üü-são Jose dos Campos-SP
1o
INTRODUÇÃO
A resposta extratropical a fontes tropicais anômalas de calor tem sido ex-
plicada, em muitos estudos (e.g. Hoskins e Karoly, 1981), como
resultado
da
propagação e dispersão de ondas de Rossby num dado fluxo básico sobre a esfe ra, com a fonte de ondas localizada na alta troposfera tropical. Em vista disso, no estudo de teleconexões tem-se usado frequentemente modelos baseados
na
equaçao da vorticidade barotrópica, com forçante (S) e amortecimento (F), apli
cada na alta troposfera, num nível equivalente barotrópico em latitudes medias
+
( .L
dt
V oíJ )
\jJ
I';; =
S+ F
(1 )
Nos modelos linearizados a fonte de ondas de Rossby tem sido frequentemente aproximada para S'=-ÇD' ou -fD' e mantida constante ao longo da integração.
Contudo, há aspectos observacionais não explicados por esses modelos.
Segundo
Sardeshmukh e Hoskins (1988), SH88, estas contradições podem dever-se a má representaçao da fonte de ondas associada a uma região de aquecimento tropical.
Partindo da equação da vorticidade para a alta troposfera (sem o termo
de
advecção vertical e "twisting"), a separação do vento em seus co.mponentes rota
cional e divergente leva a uma equação com a forma (1), na qual
S = -VXoíJl';; = I';; D = -íJo(V
X
(2)
1';;) •
Linearizando esse modelo, obtem-se:
S '= -íJ· (V' ç) - íJ· (V
X
X
1';;')
(3)
-ç D'- V'oíJç - 1';;'0 - V oíJl';;'
(Sl)
X
(S2)
(S3)
X
(S4)
~sta expressa0 da fonte há inclusão consistente da circulação divergente e
a
possibilidade de evolução temporal no decorrer da integração (devido a 1';;'). Em
SH88 montou-se uma hierarquia de modelos lineares representando S' com crescen
te fidelidade, com campos básicos zonalmente simetricos e zonalmente variáveis
para separar os aspectos essenciais das teleconexões trópicos-extratrópicos.E~
tes modelos foram testados com divergências anômalas altamente idealizadas.
É nosso objetivo estender a aplicação da hierarquia de modelos SH88
padrão mais real de anomalias de divergência e sem as restrições de SH88.
a
um
648
2.
MODELOS, FORÇANrES E CAMPOS BÁSICOS
Os modelos lineares subdividem-se em dois grupos :ZS e ZV,
con60nne
seus
campos básicos sejam zonalmente simetricos ou zonalmente variáveis (tab.l).
Em
ZS e ZV, diferem entre si conforme incluam ou não a advecção de vorticidade básica pelo fluxo divergente anômalo ou o componente divergente do fluxo básico.
lOs modelos numericos espectrais baseados em (1) e (2) a variável dependente e a anomalia da função corrente, ~', representada por
esfer ico s com t runc amento T 20. O amortec imento compoe-se de dissipação
linear
com
TABELA 1
4
ROT DIV
harmônicos
: MODELOS
FONTE DE
ONDAS DE ROSSBY
FLUXO
BÁSICO
MOD
escala de tempo de - 10 dias e difusão bi16
series de
SI
S2
S3
S4
nao
m /s.
ZS-l
[~]
O
sim
nao
nao
A integração no tempo e feita pelo esquema
Z S-2
[~]
[v]
sim
nao
sim
sim
Z S-)
O
sim
nao
nao
leapfrog, com passo de tempo de 1 h, exce-
[~]
sim
ZS-4
[~]
[v]
sim
sim
sim
sim
to para os termos de amortecimento, em cu-
ZV-l
VIji
O
sim
nao
nao
nao
ja integração se adota o esquema avançado.
ZV-2
VIji
V
sim
sim
sim
sim
harmônica com coeficiente 2.338xl0
X
A divergência anômala corresponde a fevereiro/83. Foi calculada com
o
de ROL na faixa tropical, anulada alem das latitudes ±20 e truncada no
dados
numero
de onda 8. O fluxo básico provem da média climatológica de fevereiro (1979-89).
O componente rotacional foi obtido com os componentes U e V, analisados no
!Me;
o componente divergente, com dados de ROL na faixa tropical e com U e V nos extratrópicos. As figo la,b mostram as anomalias observadas e o campo básico
com
a divergência anômala imposta.
3.
RESULTADOS
Os resultados apresentados sao preliminares, tendo em vista a
necessidade
de aperfeiçoar a especificação do campo básico e da divergência anômala. são apresentadas as respostas estacionárias dos modelos e suas fontes de ondas.
tó modelo ZS-l a resposta e mais intensa no hemisfério sul
(HS), onde
o centro da anomalia de divergência (fig.2a), porque a fonte esta
esta
concentr,ada
no HS (fig.2b). A resposta de Z5-2, que inclui a divergência do fluxo básico (e
portanto, advecção de vorticidade anômala pelo fluxo básico divergente), se intensifica no HN,como a fonte (fig.3a,b). Junto a divergência anômala a resposta
e levemente menor que Z 5-1, devido ao termo
-l;;'D,
dissipativo em áreas com flu-
xo medio divergente, como as regiões de aquecimento convectivo tropical. Em Z 53, onde se inclui a advecção de vorticidade básica pelo vento divergente anomalo (mas não a divergência do fluxo básico), a resposta se torna quase simetrica
em relação ao equador (fig.4a), devido a aproximada simetria da fonte~ que se i~
tensifica nos subtrápicos, onde há fortes gradientes de vorticidade básica (fig
4b). O modelo Z5-4 inclui todos os termos. A intensificação no HN em relação ao
modelo anterior
é
visivel (fig.5a,b).
649
o modelo ZV-l e a generalização de ZS-l, para fluxo basico zonalmente variá
velo A resposta se intensifica no HN, mas não melhora sua distribuição (fig.6a)
Realizamos tambem uma simulação com uma variante deste modelo, na qual S'=[ÇJD'
como em ZS-l. Esta variante é a mais próxima do modelo usado em muitos
estudos
(e.g. Simmons, 1982). Irônicamente, a resposta e um pouco melhor, intensificando-se o ciclone do Pacifico lorte. Em ZV-2 a especificação da fonte é completa.
A resposta no HNvolta a intensificar-se (fig.7a). A figo 7b, comparada
a 6b
mostra a contribuição da divergência básica (termos S3 e S4) e do termo S2.
A comparação entre as figo Sa, de Z S-4, e 7a, de ZV-2, mostra a importância
da interação com o fluxo básico zonalmente variável, tanto para o aumento de am
plitudes, como para a geração de fluxos anômalos zonais. Este aspecto
nao
tem
sido enfatizado em outros estudos, que consideram fluxos básicos zonais ou mantem constantes as medias zonais (e.g. Held e Kang, 1987; SH88), ressaltando ap~
nas as anomalias zonalmente assimetricas. Outro aspecto a destacar e o deslocamento para leste do par de anticiclones junto a divergência anômala,
quando
o
campo básico passa a ser zonalmente variável.
Alem dos modelos linearizados, fizemos também simulações com o
modelo
não
1 inear, no qual usamos como condição inicial o resul tado do modelo ZV-2. Nl pri:.
meira simulação, como nas outras do grupo ZV, não impusemos a condição de invariabilidade da media zonal, imposta por SH88. Os resultados estão nas figo 8a,b
A inclusão do termo -Ç'D', de estrutura dissipativa, provavelmente
provocou
a
diminuição do anticiclone do HN j unto a divergência anômal a. Impondo-se a condi
çao de constância das médias zonais, obtem-se os padrões das figo 9a,b.
4•
CO lCLUSÕES
A inclusão do fluxo divergente na expressão da fonte de ondas de Rossby ex-
pl ica respo stas ext ra tropicais intensas, mesmo para fontes tropicais loc al iza das nos ventos de leste ou no hemisfério oposto.
A interação com fluxos basicos zonalmente variaveis causa intensificação de
alguns padrões e geração de fluxos anômalos zonais, que podem influir na propagação das ondas.
Os padrões obtidos ainda apresentam consideraveis diferenças em relação
ao
campo observado (fig.la), mas alguns aspectos relevantes estão presentes. são ~
inda necessarios estudos sobre a especificação d~ campo básico e da divergência
anômala tropical, aqui bastante simplificada, e sobre a influência dos fluxos a
nômalos zonais sobre a propagação das ondas de Rossby.
Agradecemos a dedicada assistencia da Assessoria do CCE da USP, que possibi:.
litou a realização dessas simulações no supercomputador CONVEX, na fase inicial
de sua operaçao •
650
la. ~' observada para dez/jan/fev/83.
Intervalo entre isol inhas: 106m2/ s.
lb. ~ para fevereiro (media 79-89). 11: 106 m2/ s
Divergência anômala imposta D'. II: 10-6 s -1
2a.
~'
.para Z S-1.
2b. S' para Z S-1.
3a.
~'
para Z S-2.
3b. S' para Z S-2.
4a. ~' para ZS-3.
5a.~'
paraZS-4.
Intervalo entre isolinhas para ~': 5x I0 6m2 /s.
4b.
s'
para ZS-3.
5b. S' para ZS-4.
Intervalo entre isolinhas para S': 5xIO-IIs-~
651
6a. Iji' para ZV-I.
6b. S' para ZV-l.
7a. Iji' para ZV-2.
7b. S'· para ZV-2.
8a. Iji' para modelo não-linear.
8b. S' para modelo não-linear.
9a. Iji' para modelo não-linear,
com média zonal constante.
9b. S' para m:>delo não-I inear,
com média zonal constante.
REFERÊteIAS BIBLIOGRÁFICAS
HELD, LM.; KAN;, LS. Barotropic rnode1s of the extratropica1 response
Ni
J ourna1 of the Atrnospheric Sciences, 44: 3576-3586, 1987.
no.
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SARDESHHUKH, P.D.; HOSKIKS, BJ. The generation of global rotationa1 flow by
steady idealized tropical divergence. J ourna1 of the Atrnospheric Sciences,
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SIMMON>, A.J. The forcir.~ of stationary wave rnotion by tropical diabatic heating. Quarterly Journe.'_ of the Royal Meteoro1ogica1 Society, 108:
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1982.