ANÁLISE COMPARATIVA DE SIMULAÇÕES CLIMÁTICAS NOS PERÍODOS PRÉINDUSTRIAL E HOLOCENO MÉDIO. Francisco Franklin Sousa RIOS13, Alexandre Araújo COSTA1 ,José Marcelo Rodrigues PEREIRA12, Wagner Luiz Barbosa MELCIADES12, Tyhago Aragão DIAS1 ¹Universidade Estadual do Ceará - UECE - Fortaleza– Ceará – 3 [email protected] 2

Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos - FUNCEME - Fortaleza - Ceará

RESUMO: Neste trabalho, foram realizadas simulações utilizando o modelo CESM para os períodos do Pre-industrial (PI) e do Holoceno Médio (HM). O objetivo do trabalho é analisar o desempenho do modelo para HM comparando com o período Pré-industrial que será validado com os dados de reanalise do CMAP e NCEP. Para atingir esses objetivos foram gerados dados para ambos os períodos da média anual de cobertura de nuvens, do fluxo de calor latente, da precipitação, altura geopotencial para verificação dos ventos nas direções vertical e horizontal. Da análise dessas variáveis foram observados e comparados os comportamentos da Zonas de Convergência Intertropical, do Atlântico Sul e do Pacífico Sul, além da Alta da Bolívia e do Cavado do Nordeste.

Neste artigo são apresentados os primeiros resultados preliminares

seguidos de suas respectivas análises e conclusões. ABSTRACT: In this study, simulations were performed using CESM model for Pre-industrial (PI) and Mid-Holocene (MH) periods. The main objective of this study is analyze the model performance for Mid-Holocene period compared to PI period and validate it with data from NCEP and CMAP reanalysis. To reach these goals were generated data for both periods about average annual cloud cover, latent heat flux, precipitation and geopotential height for wind verification in the vertical and horizontal directions. This variables were observed and its behaviors were compared with the Intertropical Convergence Zone, South Atlantic Convergence Zone and South Pacific Convergence Zone, as well as Bolivian High and Northeast Trough. This article presents the first preliminary results followed by their analysis and conclusions. 1 - INTRODUÇÃO A modelagem de clima baseia-se em representações de métodos matemáticos para aumentar a compreensão nas previsões de mudanças no clima a fim de avaliar estratégias para mitigação e adaptação. Nas últimas duas décadas, os Modelos de Circulação Geral (Global Model Circulation - GMC) vem sendo usados para estudar Paleoclima, tendo como um dos principais motivadores, identificar por que o clima do passado era tão diferente de hoje e avaliar a representatividade dos mesmos na previsão de futuras mudanças climáticas. Dessa maneira, se pudermos

demonstrar que os modelos climáticos simulam com sucesso as condições climáticas do passado, deveremos então ter mais confiança em suas previsões de clima para o futuro. 2 –DADOS E MÉTODO DE ANÁLISE Para este trabalho foi adotado o modelo Community Earth System Model (CESM/NCAR). O CESM permite aos usuários realizarem investigações sobre os estados climáticos da Terra no passado, presente e futuro (Vertensteinet al., 2011). O período Pré-Industrial foi simulado para servir de controle e ser comparado com o HM (aproximadamente 6000 anos atrás). As configurações destas simulações seguiram o padrão do PMIP III (ver http://pmip3.lsce.ipsl.fr/) conforme tabela abaixo: Modelos

Pré-industrial

Holoceno-médio

Resolução

4º x 5º

4º x 5º

Constant Solar = 1365.0 W/m^2

Constant Solar = 1365.0 W/m^2

CO2 = 284 ppm

CO2 = 280 ppm

CH4 = 791 ppb

CH4 = 650 ppb

N20 = 265 ppb

N20 = 270 ppb

CFC = 1.248E-11

CFC = 0.0

Ano orbital: 1950

Ano orbital: 1950-6000 = 4050

Excentricidade = 0.016707

Excentricidade = 0.018682

Forçantes

Parâmetros Orbitais

Obliquidade (graus) = 23.441

Obliquidade (graus) = 24.105

Long. de periélio (graus) = 102.7242

Long. de periélio (graus) = 0.8696

Anos rodados

100

100

Níveis Verticais

26

26

Pontos da grade

72x46

72x46

Tabela 1 - Configuração do CESM para as simulações.

Para verificação dos dados de precipitação da rodada do período Pré-industrial foram utilizados dados de reanálises do CPC Merged Analysis of Precipitation (CMAP) com resolução de 1,875º x 2,48º. Para as variáveis de altura geopotencial e cobertura de nuvens foram usados dados de reanálises do National Centers for Environmental Prediction (NCEP) com resolução de 1,875º x 2,48º e 2,5º x 2,5º respectivamente. 3 - RESULTADOS As simulações foram realizadas para os períodos do Holeceno médio e Pré-Industrial observando as estações verão (Dezembro - Janeiro - Fevereiro - DJF) e inverno (Junho - Julho Agosto - JJA). Para validação foram usados os dados de reanalise do CMAP e NCEP. A figura 1 mostra a comparação da média anual simulada dasvariáveis de cobertura de nuvens, precipitação, altura geopotencial, vento meridional e zonal utilizando o modelo CESM com os dados de reanálise do NCEP para todo o globo a fim de avaliar a capacidade do modelo em representar o clima do período PI.

Figura 1 - Cobertura de nuvens simulada pelo CESM (a) e dados de reanálise da cobertura de nuvens NCEP (b). Precipitação simulada pelo CESM (c) e dados de reanálise de precipitação NCEP (d). Altura geopotencial, vento zonal e meridional simulados pelo CESM (e) e dados de reanálise de altura geopotencial, vento zonal e meridional do CMAP (f).

Ao observar a cobertura de nuvens, nota-se que o modelo representa melhor as regiões da África e Américas subestimando a região central do Brasil e super estimando o Pólo Sul. Na precipitação o modelo simula uma dupla ZCIT devido à baixa resolução (~440km x ~550km)em comparação com dos dados de reanálise (~277km x ~273km) que suaviza a topografia dos Andes deixando passar umidade para o Pacifico causando o enfraquecendo da ZCAS. Porém, de um modo geral, o resultado do modelo é coerente com os dados de reanálise. Nas figuras 1e e 1f, observa-se que o modelo representou bem os vetores de vento e os padrões da variável geopotencial, contudo subestima os resultados desta de uma maneira geral. A figura 2 mostra a variável cobertura de nuvens simulada para os períodos Holoceno médio, Pré-Industrial e a diferença entre ambas para o DJF e JJA.

Figura 2 - Cobertura de nuvens: (a) HM (DJF), (b) PI (DJF), (c) Diferença entre HM e PI (DJF), (d) HM (JJA), (e) PI (JJA) e (f) Diferença entre HM e PI (JJA).

Para o trimestre DJF os padrões ZCIT e ZCAS podem ser observados tanto no período PréIndustrial quanto no Holoceno Médio. Para o trimestre JJA observa-se o desaparecimento da ZCAS e o deslocamento da ZCIT em direção ao norte. Observa-se uma intensificação da cobertura de nuvens nas regiões:extremo leste da América do Sul (mais intenso) e no Atlântico Norte (menos intenso) no HM em relação ao Pré-Industrial. Para a região central da America do Sul a cobertura de nuvens é maior durante o Pré-industrial em relação ao HM durante o verão.

Durante o inverno a simulação mostrou uma acentuada intensificação da cobertura de nuvens em grande parte da região norte do Atlântico e uma menor intensificação no Pacífico Leste no HM em relação ao Pré-Industrial. Para a região de fronteira entre Chile, Argentina e Bolívia percebe-se uma cobertura de nuvens de maior intensidade no Pré-Industrial em relação ao Holoceno Médio. A figura 3 mostra a variável precipitação simulada para os períodos Holoceno médio, PréIndustrial e a diferença entre ambas para o DJF e JJA.

Figura 3 - Precipitação: (a) HM (DJF), (b) PI (DJF), (c) Diferença entre HM e PI (DJF), (d) HM (JJA), (e) PI (JJA) e (f) Diferença entre HM e PI (JJA).

Os padrões de ZCIT e ZCAS apresentam resultados semelhantes aos da variável cobertura de nuvens em ambas as estações e períodos. Durante o trimestre DJF o HM apresenta uma maior precipitação para o extremo leste da América do Sulem relação ao Pré-Industrial. Entretanto a região central do Brasil apresenta um comportamento inverso indicandovalores maiores de precipitação para o PI.

Para JJA os

resultados mostram valores maiores de precipitação no HM em relação ao PI para uma região do Atlântico bem mais ao norte em comparaçãocom o trimestre DJF enquanto que os valores maiores de precipitação do PI em relação ao HM mostra baixa variação em comparação com o trimestre DJF. A figura 4 mostra as variáveis geopotencial, vento zonal e meridional sobrepostas nas simulações dos períodos Holocenomédio, Pré-Industrial e a diferença entre ambas para o DJF e JJA.

Figura 4 - Altura geopotencial, vento meridional e horizontal: (a) HM (DJF), (b) PI (DJF), (c) Diferença entre HM e PI (DJF), (d) HM (JJA), (e) PI (JJA) e (f) Diferença entre HM e PI (JJA).

A figura 4 mostra os padrões da alta da Bolívia e cavado do Nordeste para o trimestre DJF em ambos os períodos. Para o trimestre DJF, observa-se que a altura geopotencial mostra-se mais intensa no HM em relação ao PI para o Sul da America do Sul enquanto que, o inverso ocorre no Sul do Brasil, onde a alturageopotencial é mais intensa no Pré-Industrial em relação ao

Holoceno Médio. Nas demais regiões há pouca diferença entre os dois períodos. A menor intensidade da altura geopontecial no HM no Sul do Brasil,influência no sistema de monção. Para o trimestre JJA o HM apresenta valores mais elevados para altura geopotencial para o centro e sul da América com ênfase na região centrao da Argetina e extremo norte domínio de estudo em relação ao Pré-Industrial. Nas demais regiões não foram observadas diferenças representativas entre os períodos. 4 - CONCLUSÕES Com base nas simulações para o Pré-Industrial é possível ver os padrões de distribuição mais próximos para precipitação em comparação com os dados de reanálise do CMAP. Porém, há uma super estimação para a cobertura de nuvem e uma subestimação para a altura geopotencial mantendo, no entanto os padrões dos ventos meridionais e zonais em comparação com os dados de reanálise do NCEP. Padrões climáticos tais como, ZCIT, ZCAS, Alta da Bolívia e o Cavado do Nordeste podem ser observados nas simulações do modelo CESM para o período PréIndustrial nos trimestres DJF e JJA. Com isso, pode-se concluir que os mesmos padrões observados na simulação para o HM são válidas. Nota-se uma oscilação maior da ZCIT nas variáveis cobertura de nuvens e precipitação indo mais ao norte durante o trimestre DJF e mais a sul durante o trimestre JJA (verão e inverno do hemisfério sul respectivamente). Essa oscilação está relacionada com o histórico de insolação causada por uma inclinação maior do eixo terrestre ou parâmetro orbital de obliquidade durante o Holoceno Médio. (Berger & Loutre, 1991). O aumento da umidade observada no HM em relação ao Pré-Industrial é confirmado através de estudos em diversos pontos da América do Sul (Cruz et al. 2009).

REFERÊNCIAS BERGER, A. AND LOUTRE, M.F., Insolation values for the climate of the last 10 million years. Quaternary Science Reviews, 10: 297-317. 1991. CRUZ, F. W ., VUILLE, M. , BURNS , S. J., WANG , X., CHENG , H., WERNER , M., EDWARDS , R. L., KARMANN , I., AULER , A. S., NGUYEN , H., Orbitally driven east– west antiphasing of South American precipitation , Nature Geoscience, published online: 22, doi: 10.1038/ngeo444, february 2009. VERTENSTEIN, M; CRAIG, TONY; MIDDLETON, ADRIANNE; FEDDEMA, DIANE e FISCHER, C. CESM1.0.3 User’s Guide. The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the National Science Foundation. p. 1, 2011.