SIMULAÇÕES PALEOCLIMATICAS DO PIMP3 PARA A AMÉRICA DO SUL, PERÍODO PRÉ-INDUSTRIAL E HOLOCENO MÉDIO. Tyhago A. Dias1, 2, Alexandre A. Costa1, Francisco Franklin S. Rios1, Felipe V. Pimentel1 1

UECE – Fortaleza – Ceará – [email protected]

RESUMO: Este trabalho mostra uma análise dos resultados de simulações disponíveis no banco de dados do PMIP3 (Paleoclimate Modelling Intercomparison Project) sobre a América do Sul para o período pré-industrial e holoceno médio (~6,000 anos atrás), sendo calculada a diferença entre os campos de precipitação e temperatura nesses períodos. É realizada também uma validação dos modelos do PMIP3, fazendo-se uma comparação entre as simulações do pré-industrial com os dados observados do CMAP (Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation) para a precipitação pluviométrica em mm/dia e os dados de reanálise do NCEP/NCAR para a temperatura a 2m acima da superfície em graus Celsius. ABSTRACT: This work shows an analysis of results of simulations available from the dataset of the PMIP3 (Paleoclimate Modelling Intercomparison Project) over South America for the pre-industrial period and the mid-Holocene (~6 kyrBP), calculating the difference in the precipitation and temperature fields between those periods. In addition, we also perform a validation of the PMIP4 models, comparing their pre-industrial simulation results against CMAP (Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation) for precipitation and NCEP/NCAR reanalysis for temperature

1 – INTRODUÇÃO Os estudos sobre a evolução climática têm como objetivo entender a variabilidade natural do clima, e como a ação antrópica é capaz de interferir no sistema climático terrestre modificando o estado de equilíbrio como se conhece. Estudos como de Milutin Milankovitch (1879-1958) que, na década de 1940, utilizando cálculos astronômicos, mostraram que os ciclos orbitais poderiam forçar o sistema climático terrestre a entra ou sair de uma era glacial. A maioria dos estudos paleoclimáticos começou na década de 1970 quando se procurou entender uma possível idade do gelo futura. O quarto relatório do IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) de

2007 já trouxe um capítulo mostrando a relevância da incorporação dos estudos da variabilidade e dos ciclos climáticos superiores em escalas além do último século. O Paleoclimate Modeling Intercomparison Project (PMIP) teve seu início com o intuito de coordenar e incentivar os estudos de Modelos de Circulação Geral da Atmosfera (MCGA) aplicados ao paleoclima e mensurar sua capacidade de simular grandes variações climáticas, como as ocorridas no passado, comparando as diferentes repostas dos modelos para as mesmas condições de contorno. Neste trabalho, foram analisados os resultados das simulações para o período préindustrial e holoceno médio do PMIP3 para as regiões do Nordeste Brasileiro (NEB) (46°W – 34°W: 16°S – 2°S), Norte da Amazônia (82°W – 46°W: 2°S – 12°N) e Sul da Amazônia (82°W – 46°W: 16°S – 2°S), comparando tais resultados com os dados observados do CMAP (CPC Merged Analysis of Precipitation, CPC Climate Prediction Center) para a precipitação pluviométrica em mm/dia e os dados de reanálise do NCEP/NCAR para a temperatura do ar a 2m acima da superfície em graus Celsius. Tal comparação mostrará quais dos modelos são mais capazes de simular os padrões climatológicos de tais regiões, oferecendo possivelmente um resultado mais robusto quando se trata de avaliar mudanças climáticas passadas ou futuras. 2 – DADOS E MÉTODO DE ANÁLISE Os dados utilizados neste trabalho estão disponíveis no site do PCMDI, sendo escolhidas as variáveis de precipitação e temperatura simulada a 2m em frequência mensal para o período préindustrial e holoceno médio (~ 6.000 anos atrás). Foi calculada a climatologia mensal (ciclo anual) para as variáveis selecionadas sobre as regiões descritas anteriormente. Também serão apresentados mapas para o período pré-industrial e observado e mapas de diferença entre holoceno médio e pré-industrial para a América do Sul. Para todos os gráficos de climatologia, é mostrada a média dos modelos (MM) (linha pontilhada), além da média ponderada dos modelos (MMP) (linha descontinua), em que o peso dessa ponderação é o coeficiente de correlação entre o ciclo anual observado (linha contínua cinza) e o dado simulado. Também foi analisado o erro absoluto médio percentual.

3 – RESULTADOS As simulações do PMIP3 para o período pré-industrial mostraram uma concordância consistente com os dados observados para as regiões descritas, considerando seus aspectos espacial e temporal (ciclo anual). É notável que nenhum modelo mostrou uma representação perfeita, o que já era esperado. Verificou-se que os modelos mostram uma circulação de monção, causando verão chuvoso e inverno seco (Moran e Morgan, 1986), assim como a estação chuvosa da Amazônia tendo seu máximo no verão e, no NEBn no final do verão e início de outono (Rao e Hada, 1990). Os modelos mostraram o enfraquecimento esperado da monção da América do Sul no Holoceno médio. Isso se deve ao fato de o periélio, nos dias de hoje, ocorrer próximo ao solstício de verão austral, enquanto que, no Holoceno Médio, o periélio ocorria próximo ao equinócio, produzindo menos aquecimento e uma monção menos intensa. Mesmo assim, alguns dados de proxies mostram que o NEB foi mais úmido no Holoceno médio, possivelmente devido a uma Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) mais móvel experimentando posições mais ao sul ou por um enfraquecimento do sistema de cavado, climatologicamente associado à Alta da Bolívia. No entanto, apenas quatro dos dez modelos mostraram esse padrão de umedecimento do NEB sendo eles o bcc-csm1, ccm4, HadGEM2 e MROC como mostrado nas figuras 01 e figura 02.

4 – CONCLUSÕES Trabalhos como os mostrados por Turc et al. (2002), Cane (2005), Cruz et al. (2009), Dias e Marengo (2008), Passenda et al. (2010), Strikns et al. 2011, Whitney et al. (2011), Bird et al. (2011) entre outros, mostram que os modelos que realizam simulações paleoclimáticas têm capacidade de reconstruir o clima. De fato, nossos resultados mostram que muitos modelos se comportaram conforme os registros paleoclimáticos. A utilização de tais modelos será muito útil para que se possa melhorar o entendimento do clima passado, podendo testar hipóteses e verificar mudanças ocorridas devido às forçantes de mais baixa frequência. A utilização da técnica de Downscaling dinâmico, complementar à análise de dados de modelos globais, será utilizada em uma próxima etapa do trabalho, em que se espera ter um detalhamento maior da informação, levando em conta aspectos de vegetação e relevo.

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Figura 01: Mapas de diferença de precipitação holoceno médio menos pré-industrial para a América do Sul. Modelos com legenda: (a) bcc-csm1, (b) ccm4, (c) cnrm, (d) csiro, (e) HadGEM2, (f) IPSL, (g) MROC, (h), MPI, (i) MRI.

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Figura 02: Gráficos de diferença de precipitação em milímetros por dia por região, holoceno médio menos pré-industrial. (a) Norte da Amazônia (82°W – 46°W: 2°S – 12°N), (b) Sul da Amazônia (82°W – 46°W: 16°S – 2°S), (c) Nordeste Brasileiro (NEB) (46°W – 34°W: 16°S – 2°S)

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIRD, Broxton W. et al. Holocene tropical South American hydroclimate revealed from a decadally resolved lake sediment δ18O record. Earth And Planetary Science Letters, O'hara St., Pittsburgh, v. 130, n. 3-4, p.192-202, 15 Oct. 2011. CANE, Mark A.. The evolution of El Nino, past and futuree. Earth And Planetary Science Letters, New York, v. 230, n. , p.227-240, 13 Jan. 2005. CRUZ, F. W., VUILLE, M., BURNS, S. J., WANG, X., CHENG, H., WERNER, M., EDWARDS, R. L., MARMANN, I., AULER, A. S., NGUYEN,H. Orbitally driven east–west antiphasing of South American precipitation. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/NGEO 444. 2009. MELO, Maria Luciene Dias de; MARENGO, José Antonio. The influence of changes in orbital parameters over South American climate using the CPTEC AGCM: simulation of climate during the mid Holocene. The Holocene, Cachoeira Paulista, p. 501-516. 2008. MORAN, J.M.; MORGEN, M.D. Meteorology: The atmosphere and the science of weather. Mnneapolis: Burgess Publishing, 1986 PESSENDA, Luiz Carlos Ruiz et al. Late Pleistocene and Holocene vegetation changes in northeastern Brazil determined from carbon isotopes and charcoal records in soils. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Piracicaba, n. 297, p.597-608, 2010. RAO, V.B; HADA ,K. Caracteristics of rainfall over Brazil. Annual variations and connections with the Southern Oscillation. Theor. Appl. Climatology, v.42, p. 81-91, 1990 STRÍKIS, Nicolás M. et al. Abrupt variations in South American monsoon rainfall during the Holocene based on a speleothem record from central-eastern Brazil. Geological Society Of America, São Paulo, p. 1075-1078. Nov. 2011. TURCQ, B. et al. Accumulation of organic carbon in five Brazilian lakes during the Holocene. Sedimentary Geology, Bondy, p. 319-342. 2002. UVO, C.B; NOBRE, C.A. A Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e a precipitação no norte do Nordeste do Brasil. Parte I: A posição da ZCIT no Atlântico Equatorial. Climanálise, v. 4, p. 34-40, 1989a VETTORETTI, G.; PELTIER, W. R.. Simulations of Mid-Holocene Climate Using an Atmospheric General Circulation Model. Journal Of Climate, Toronto, p. 2607-2627. out. 1998. WHITNEY, Bronwen S. et al. A 45 kyr palaeoclimate record from the lowland interior of tropical South America. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, Edinburgh, n. 307, p.177-192, 2011.