VARIABILIDADE INTERANUAL DA PRECIPITAÇÃO DE VERÃO NA AMÉRICA DO SUL:
INFLUÊNCIAS DE GRANDE ESCALA E DAS CONDIÇÕES PRÉVIAS NA PRIMAVERA
Alice Marlene Grimm1 e Márcia Terezinha Zilli1,
RESUMO
As chuvas de monção de verão predominam na maior parte da América do Sul e sua variabilidade tem
importância para a agricultura, gerenciamento de reservatórios e prevenção de desastres naturais. A
variabilidade interanual das chuvas de primavera e verão (assim como de novembro e janeiro) é determinada e
sua possível conexão através de processos regionais, assim como a influência de forçantes remotas, é
examinada.
Os dados de chuva provem de estações meteorológicas localizadas sobre a maior parte da América do
Sul e cobrem o período 1961-2000. Para se isolar os principais modos de variabilidade, as médias mensais e
sazonais de precipitação são submetidas à Análise de Componentes Principais. Os principais modos são
correlacionados com TSM global, para identificar influências remotas. Também é analisada a relação espacial e
temporal entre a chuva na primavera e no verão, a fim de detectar a influência das condições antecedentes de
umidade do solo sobre o pico da estação chuvosa. Para isso, é feita análise de correlação entre chuva na
primavera e no verão, assim como entre suas respectivas componentes principais. A evolução temporal da
chuva da primavera para o verão em uma região selecionada também é analisada.
ABSTRACT
The summer monsoon rainfall is the peak contribution to the annual cycle over most of South America
and its variability is important for agriculture, reservoir management and natural disasters preparedness. The
interannual variability of the spring and summer precipitation is determined and the possible connection
between rainfall in spring and in summer through regional processes is examined, as well as the influence of
remote forcing.
Precipitation data are from gauge stations over most of South America. These data are averaged for
spring and summer (as well as for November and January) and then submitted to Principal Component Analysis
to isolate their principal modes of variability. The principal modes are correlated with the global SST, to identify
remote influences. The spatial and temporal relationship between rainfall in spring and summer is also analyzed,
in order to detect the influence of antecedent conditions of soil moisture on the peak rainy season. To this end, a
correlation analysis is performed between precipitation in spring and in summer, as well as between their
respective principal components. The temporal evolution of rainfall from spring to summer in a selected region
is also analyzed.
Palavras-Chave: Variabilidade interanual; precipitação de verão; umidade do solo.
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]
1
INTRODUÇÃO
A importância da monção de verão para a precipitação total anual sobre a maior parte da América do Sul
(e do Brasil) é bem conhecida. Conhecer detalhadamente a variabilidade interanual das chuvas de monção,
assim como seus modos de variabilidade nas diferentes fases da estação de monção, torna-se essencial, tanto
para a gestão dos reservatórios hidrelétricos e para outros setores fundamentais da economia, quanto para a
validação ou aprimoramento de modelos de previsão.
Dois estudos anteriores sobre a variabilidade interanual da precipitação de verão, utilizando dados de
chuva reconstruídos a partir de estimativas de satélite e totais mensais observados (Zhou and Lau 2001; NoguésPaegle and Mo 2002), enfatizaram a influência do El Niño-Oscilação Sul (ENOS) na precipitação de verão. Esta
influência está representada pelo primeiro modo de variabilidade em ambos os estudos. O segundo modo
apresenta a variação interanual e interdecadal no Nordeste do Brasil, enquanto o terceiro modo é completamente
diferente em ambos os estudos. Os dois primeiros modos da precipitação de verão desses estudos não
apresentam componentes fortes sobre a região mais afetada pela monção sul-americana. Será que os processos
que levam ao estabelecimento desse regime na América do Sul não sofrem variações interanuais? Em caso
afirmativo, seriam esses processos afetados diretamente por influências remotas ou de grande escala, ou
indiretamente, através de interações regionais que são mais fortes durante o verão?
Neste estudo, pretendemos elucidar algumas dessas perguntas. Para isso, perseguimos os seguintes
objetivos: i) determinar os principais modos de variabilidade interanual da precipitação de monção durante o
verão, a partir de séries relativamente longas de dados de estações pluviométricas; ii) estabelecer conexões entre
as condições no início da estação de monção e no seu auge; iii) verificar as conexões com a TSM global.
DADOS E MÉTODOS
Dados de precipitação de estações de parte de América do Sul (AS), fornecidos pelo INMET (Instituto
Nacional de Meteorologia), ANA (Agência Nacional de Águas) e serviços meteorológicos dos países
estudados, foram separados em quadrículas de 2,5° X 2,5°, (Figura 1) e, para cada quadrícula, foi feita uma série
média para primavera (SON) e para o verão (DJF), no período de 1961 a 2000. Essas séries foram submetidas a
uma Análise de Componentes Principais (ACP). A mesma análise foi feita para dois meses isolados (novembro
e janeiro).
Figura 1: Abrangência espacial dos dados de chuva.
A relação entre a temperatura da superfície do mar global (TSM) e os componentes principais (CP), foi
avaliada através da análise da correlação, na qual foi utilizado o conjunto de dados HadISST1 (Rayner et al.
2003).
2
Para se detectar a influência de condições antecedentes de umidade no solo, devidas às chuvas na
primavera, sobre a chuva no auge do verão foi realizada correlação entre os CP dos primeiros modos da ACP na
primavera e no verão (e também entre novembro e janeiro). Esta relação também foi testada através da
correlação da precipitação de primavera (e novembro) de cada quadrícula com a precipitação de verão (e
janeiro) de todas as outras.
A partir dessas análises identifica-se uma região com relação inversa significativa entre a precipitação na
primavera e no verão. Para confirmar essa relação, compara-se a média móvel climatológica de 30 dias da
precipitação nesta região com a média móvel para anos com anomalias opostas, nos quais a CP do primeiro
modo da primavera foi acima (abaixo) de 0,5 (-0,5) desvio padrão, para o período de 01/09 a 01/03.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Análise do ACP e a relação entre a precipitação e a variabilidade de TSM
2
1
0
-1
-2
-3
1970
1980
1990
2000
TEM PO
Factor Scores
Factor Score
O foco da análise estará sobre os primeiros modos de precipitação de primavera e verão, que são os mais
importantes para os objetivos aqui propostos. O primeiro modo de variabilidade de precipitação, tanto de
primavera quanto de verão, apresenta um padrão dipolar, que se mantém para os modos rotacionados (Figura 2a
e b, para a primavera, e 2c e d, para o verão). Como características, apresentam anomalias de sinais opostos
sobre o Centro-Leste brasileiro e o sudeste da AS. Esses padrões também ocorrem nos primeiros modos de
variabilidade de novembro e janeiro (Figura não mostrada).
Na primavera, a CP1 está relacionada a eventos ENOS (Grimm et al. 2000; Grimm 2003, 2004),
conforme mostra a correlação do modo com a TSM sobre o Oceano Pacífico (Figura 2a – campo global). A
rotação deste modo também reproduz o mesmo padrão, porém mais concentrado na área norte que o modo não
rotacionado (Figura 2b). No Atlântico, as anomalias associadas são iguais para ambos os modos. Os padrões de
TSM próximo à costa sudeste do Brasil apresentam sinal oposto ao da precipitação próxima, indicando a
influência da nebulosidade na TSM, via fluxo de radiação.
3
2
1
0
-1
-2
-3
1980
1990
TEM PO
(c) 21,95%
2000
Factor Score
Factor Score
1970
1980
1990
2000
TEM PO
(b) 14,68%
(a) 18,47%
3
2
1
0
-1
-2
-3
1970
2
1
0
-1
-2
-3
1970
1980
1990
2000
TEM PO
(d) 15,28%
Figura 2: Modos de variabilidade interanual para a precipitação de primavera e verão na América do Sul: factor loadings, componente
principal, variância explicada e correlação com TSM para o período 1961-2000..Nos mapas de correlação, as cores representam o nível
de significância estatística. (a) Primavera CP1; (b) primavera CP1 rotacionada; (c) verão CP1; (d) verão CP1 rotacionada.
3
O CP1 de verão (Figura 2c) é diferente do de primavera no aspecto de que as anomalias do centro norte
do dipolo não se estendem para o noroeste da América do Sul. Há anomalias de mesmo sinal sobre o noroeste e
o sudeste da AS e sinal oposto sobre o Centro-Leste do Brasil. A análise da correlação do CP1 com a TSM não
indica anomalias significativas de TSM forçando este modo. Pelo contrário, ela indica que as anomalias
atmosféricas provavelmente forçam as de TSM. O modo rotacionado correspondente é semelhante, porém mais
concentrado sobre as anomalias no Centro-Leste brasileiro (Figura 2d). As anomalias de TSM associadas a esse
modo são similares às do CP1 de primavera (exceto sobre o Atlântico), mas a fase do modo de precipitação é
oposta. Isso indica que ou a relação entre TSM e as anomalias de circulação é completamente diferente, ou a
inversão da fase se deve a processos regionais. No Atlântico sudoeste, as anomalias de TSM são opostas entre a
primavera e o verão, de acordo com as anomalias de precipitação no Centro-Leste brasileiro.
O primeiro modo de verão no presente estudo (Figura 2c) é semelhante ao terceiro modo de NoguésPaegle e Mo (2002) mas não aparece no estudo de Zhou e Lau (2001), cujo CP3 é semelhante ao nosso CP3
não rotacionado de verão (Figura não mostrada).. O CP1 desses estudos está conectado a eventos ENOS, de
maneira similar ao nosso CP2 de verão (Figura não mostrada). Já o CP2 desses estudos descreve a variabilidade
interanual da precipitação no Nordeste do Brasil, que se apresenta como o nosso CP2 rotacionado de verão
(Figura não mostrada). As diferenças existentes entre os padrões nos três estudos são devidas a diferenças na
origem dos dados e no período analisado, mas algumas características importantes são semelhantes.
Relação entre os modos de variabilidade de primavera e verão
Grimm (2003) encontrou uma relação inversa entre as anomalias de precipitação na primavera e no verão
no Centro-Leste do Brasil durante eventos ENOS, propondo uma hipótese de interação entre a superfície e a
atmosfera para explicar esse fenômeno. Anomalias de precipitação no Centro-Leste durante a primavera
produzem anomalias de umidade no solo que podem influenciar as anomalias de circulação e precipitação
durante o verão. Aqui, testamos se essa relação inversa também ocorre entre os primeiros modos de
variabilidade da primavera e o verão, o que a tornaria mais geral, não restrita apenas a eventos ENOS.. Para isso,
correlacionamos os CP1 e CP2 de primavera com os CP1 e CP2 de verão (Tabela 1).
Tabela 1: Coeficientes de correlação entre CP1 e CP2 de primavera e verão. Células em amarelo (rosa) indicam que a correlação é
VERÃO
significativa a um nível melhor que 0,10 (0,05).
CP1
CP 2
PRIMAVERA
CP 1
0,24
-0,31
CP 2
0,29
0,30
Os CP1 da primavera e do verão estão positivamente correlacionados entre si, assim como os CP1
rotacionados. Isso indica que, quando a chuva está acima do normal no Centro-Leste do Brasil durante a
primavera, a tendência é que, para a mesma região, a chuva esteja abaixo do normal no verão (como pode ser
observado nas Figuras 2a e 2c ou 2b e 2d). Durante eventos ENOS, essa relação de inversão é ainda mais forte,
como mostra a correlação negativa significativa entre o CP1 de primavera e o CP2 de verão (que é o modo
associado com ENOS no verão). As séries de CP mencionadas acima estão na Figura 3.
4
2
Factor Score
Factor Score
2
1
0
-1
1970
1980
1990
2000
-2
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P r im a v e r a - C P 1
TEM PO
V e rã o - C P 1
1
0
1970
1980
TE M P O
1990
2000
P r im a v e r a - C P 1
V e rã o - C P 2
(c)
Factor Score
Factor Score
1970
TEM PO
1980
-2
1990
2000
P r im a v e r a r o t - C P 1
V e rã o ro t - C P 1
(b)
2
2
-2
0
-1
(a)
3
-1
1
1
0
-1
1970
-2
-3
TEM PO
1980
1990
2000
P r im a v e r a - C P 2
V e rã o - C P 1
(d)
Figura 3: CPs dos modos de variabilidade de precipitação para primavera (azul) e verão (rosa): (a) primavera e verão CP1; (b) primavera
e verão rotacionados CP1; (c) primavera CP1 e verão CP2; (d) primavera CP2 e verão CP1.
Relação entre a precipitação de primavera e verão
Outra maneira de mostrar a relação inversa entre a precipitação de primavera e verão é correlacionar a
chuva na primavera (e novembro) em cada quadrícula da Figura 1 com a chuva no verão (e janeiro) em todas as
outras. O resultado dessa análise evidencia uma área no Centro-Leste do Brasil (Figura 4), onde a precipitação
de primavera está negativamente correlacionada com a precipitação no verão.
A média móvel de 30 dias para a precipitação sobre essa região entre 01/09 e 01/03 foi calculada para
todos os anos e sua média climatológica está representada em preto na Figura 5. Em verde está representada a
média móvel para aqueles anos nos quais a CP1 de primavera esteve acima (abaixo) de 0,5 (-0,5) desvio padrão.
Figura 4: Regiões em azul tem precipitação de verão negativamente correlacionada com a precipitação de janeiro nas regiões em verde,
com nível de significância estatística melhor que 0,10. À direita, área na qual foi calculada a precipitação média para a análise da Figura 5.
As médias móveis na Figura 5a mostram que primaveras chuvosas no Centro-Leste brasileiro são
seguidas por chuva abaixo da média climatológica no auge da estação de monção, enquanto que primaveras
secas levam a picos de precipitação em janeiro (Figura 5b).
(a)
(b)
Figura 5: Média móvel de 30 dias para a precipitação (mm/dia) média sobre o Centro-Lesto do Brasil (região da Figura 4). Média móvel
climatológica (linha preta) e (a) anos de fases extremas positivas (CP acima de 0,5 desvio padrão) na primavera (linha verde); (b) anos de
fases extremas negativas (CP abaixo de -0,5 desvio padrão) na primavera (linha verde).
5
CONCLUSÕES
Grimm (2003) mostrou que durante a primavera de eventos ENOS, anomalias negativas de chuva e
temperaturas acimas do normal prevaleciam sobre o Centro-Leste do Brasil, enquanto fluxo de umidade do
Norte é direcionado para o Sul do Brasil. Em janeiro, surge convergência anômala e uma anomalia ciclônica
sobre o Sudeste,, que redireciona o fluxo de umidade do Norte do Brasil para a região Centro-Leste e causa
aumento na precipitação nesta região, enquanto no Sul do Brasil a precipitação diminui. .Durante eventos La
Nina, observam-se anomalias opostas (Grimm 2004). Essa relação inversa entre primavera e verão foi explicada
por uma hipótese de interação entre superfície e atmosfera na região Centro-Leste, para os anos El Niño.
Neste estudo, concluímos que essa relação inversa também persiste para outros anos, desde que as
anomalias de precipitação no Centro-Leste brasileiro durante a primavera sejam fortes o suficiente para
desencadear a interação que leva à inversão no auge do verão. Essa relação manifesta-se na conexão entre o CP1
de precipitação na primavera e no verão, assim como na análise de correlação da precipitação nessas estações.
Condições secas (úmidas) no Centro-Leste do Brasil (inclusive na ZCAS) durante novembro estão associadas a
menos (mais) umidade no solo e maiores temperaturas da superfície no final de primavera. Além disso, menor
nebulosidade produz um aumento na radiação solar que atinge a superfície e aumenta a TSM no Atlântico,
próximo à costa sudeste brasileira. Aparece uma baixa térmica na superfície que, associada com o efeito
topográfico no Sudeste do Brasil, produz convergência e circulação ciclônica que direciona fluxo de umidade
para o Centro-Leste do Brasil, onde ele converge, aumentando a precipitação nesta região em janeiro.
A influência remota de anomalias de TSM no modo dipolar é mais forte na primavera que no verão (de
acordo com os padrões de correlação entre CP1 e TSM na Figura 2). Esse fato sustenta a hipótese que as
anomalias de sinal oposto que ocorrem durante o verão podem estar associadas com processos regionais de
interação superfície-atmosfera, que são importantes durante a estação de monção. Assim, os processos que
influenciam essa estação na América do Sul estão sujeitos a variações interanuais e interações regionais, que são
mais fortes durante o verão, podem ter grande influência em moldar esta variabilidade.
AGRADECIMENTOS: Este trabalho foi financiado pelo Inter-American Institute for Global Change
Research (IAI-CRN 055) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, Brazil).
REFERÊNCIAS
Grimm, A. M., 2003: The El Niño impact on the summer monsoon in Brazil: regional processes versus remote
influences. J. 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.
Nogués-Paegle, J. e Mo, K.C., 2002: Linkages between summer rainfall variability over South America and sea
surface temperature anomalies. J. Climate, 15, 1389–1407.
Rayner, N. A.; Parker, D. E.; Horton, E. B.; Folland, C. K.; Alexander, L. V.; Rowell, D. P.; Kent, E. C.;
Kaplan, A., 2003: Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature
since the late nineteenth century. J. Geophys. Res., 108 (D14), 4407, DOI 10.1029/2002JD002670.
Zhou, J., Lau, K.M., 2001: Principal modes of interannual and decadal variability of summer rainfall over South
America, J. Climate, 21, 1623-1644.
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