Atmospheric variability in a complex terrain mesoscale basin and statistical regionalization in southeast Brazil

 

Autor: 
Thomas Christian Marcel Martin
Informações Gerais
Departamento: 
meteorologia
tipo: 
Doutorado
Data da Defesa: 
2017
Orientadores
Orientador: 
Humberto Ribeiro da Rocha

Em disciplinas como climatologia, hidrologia, ecologia, agricultura e estudos urbanos, são críticas as informações de alta acurácia e resolução espacial, em especial nas áreas de montanhas onde os fatores topográficos tem grande influência, como o clima de superfície do sudeste do Brasil, que é influenciado pelo oceano Atlântico e pelas cadeias de montanhas. Nós investigamos a variabilidade atmosférica de superfície e a formação de circulações secundárias desta região em meso-β com medidas em uma rede de estações meteorológicas e Análise de Componentes Principais. Construímos um método de regionalização estatístico para estimar a informação climática em alta resolução também sobre uma região em meso- γ escala. Fizemos um experimento de campo em um vale entre montanhas de uma pequena bacia na Serra da Mantiqueira, para estudar a variabilidade atmosférica nas vertentes em escala horária e sazonal. Foi evidente o gradiente terrestre médio transversal ao vale, com um padrão de aquecimento/umedecimento diurno e resfriamento/secamento noturno, em relação às vertentes. A temperatura as 12h mostrou grande variabilidade, que diminuiu com a altitude na taxa média -0.7 C (100m−1 ) temperatura do ar noturna aumentou com a elevação até o máximo de 200m (cinturão térmico), em taxa sazonal maior (enor) na estação seca (chuvosa) de +1.1 C (100m −1 ) / +0.2 C (100m−1 )  em toda a vertente. A pressão de vapor diminuiu do vale para cima geralmente abaixo de -0.5 hPa (100m−1), e o vento horizontal aumentou na taxa de 0.9 m.s −1 (100m−1). Notamos um aquecimento diferencial expressivo ao longo do vale e das vertentes. O médio vale esteve circunstancialmente mais frio à noite, e mais quente de dia, em relação ao alto vale, em magnitude média abaixo de 1.0 C.  Os gradientes transversais ao vale mostraram-se bem associados à circulação local, com gradiente terrestre de temperatura positivo e vento catabático à noite, assim como o gradiente terrestre de temperatura negativo e vento anabático, que coexistiram estritamente de dia. Os gradientes terrestres e as circulações secundárias foram de forma geral amortecidas por episódios de grande nebulosidade e/ou turbulência mecânica. Utilizamos as medidas de campo para construir um modelo de regionalização estatística baseado em ACP e indíces topográficos, tendo por dependência as saídas de MCGs (o GFS), para prever o clima de superfície em alta resolução (30 m). Os modos das CP mostraram a variabilidade atmosférica diária e sazonal, os padrões diferenciais de aquecimento e umedecimento nas direções transversal e axial do vale, e a variabilidade do vento associada à topografia e às circulações secundárias. Os escores das PCs e a saídas do GFS foram correlacionadas para se estimar a evolução temporal dos padrões espaciais, que mostraram razoáveis campos atmosféricos (MAE 1.1 C, 0.7 g.kg−1 and 0.7 m.s−1 ), que foram por sua vez superiores aos métodos simples de interpolação vertical do GFS. A ACP na escala regional mostrou que a variabilidade do vento na superfície foi controlada pela brisa marítima e pelo escoamento de grande escala, e de forma secundária pelas circulações de montanha. Durante o dia houve um efeito de advecção fria/úmida da brisa marítima para definir um gradiente climático com áreas quentes/secas no interior em relação à costa, em especial à tarde, ao passo que a umidade do ar aumentou nas áreas de montanha em relação às planícies adjacentes. Noinício da noite o gradiente de temperatura litoral-interior inverteu-se progressivamente, ao passo que a brisa marítima inercial continuou progando-se para o interior. No litoral notou-se escoamento catabático em algumas estações. À noite, notou-se uma umidade maior no interior e nas planícies, comparado com o litoral e áreas de montanha. Com o disparo da brisa marítima, observou-se regionalmente os efeitos de mesoscala-γ em áreas de vales, com aquecimento (resfriamento) preferencial diurno (noturno), associado aos ventos anabático (catabático). As planícies e áreas no interior mostraram maior amplitude de temperatura e umidade (diurna e sazonal) que as áreas nas montanhas e no litoral. 

AnexoTamanho
t_Thomas_c_m_martin_original.pdf30.17 MB