Oscilação de Madden-Julian (MJO)

1. Oscilação de Madden-Julian(MJO)

2. MJO – identificadapela 1a. vezem 1971 - Influencia o tempo naregião tropical desde a escalaconvectivaaté as ciculações de escalaplanetária Nesta aula: - Estruturabásica e escala temporal - Mecanismosformadores - Papelda MJO navariabilidadeatmosférica e oceanica • IMPORTANCIA DA MJO: • A predicabilidadenostropicos é inerentemente “pobre” pois: • vinculos de balanços (talcomo o balançogeostrófico) sãofracos e • nãodominamosmovimentosnessaregião. • A previsãodiáriapode ser melhorada se algumsinalcoerenteoucondição de balançopossa ser identificadanessaregião • A MJO é um modulador do tempo naregiao tropical

3. Esquema da progressão longitudinal da MJO pelo Oceano Índico e Pacífico Estrutura espacial e temporal básica da MJO Observaçõesnadecada de 70 mostraramque oscamposdapressãoemsuperficie e ventosatmosféricos emdiversaslocalidadesnostropicos passavampor um ciclocoerente (chuva/nãochuva) emperiodos de 30 a 60 dias (ESCALA INTRASAZONAL) Fase oeste - umida • tempo está para baixo em intervalos de ~5 dias • convecção aumentada (em grande escala) simbolizado por cúmulos e cumulonimbus • a altura da tropopausa relativa é mostrada no topo de cada painel • anomalias de pressão plotadas na parte inferior de cada imagem • com anomalias negativas (baixa pressão, convecção ) sombreado vermelho. • as células representam circulações anômalas associadas à MJO Fase leste - seca

4. Parte de um cicloda MJO Indicadopelastemperaturas IV de topo e pelasanomalias de potencial de velociadeem 200 hPa • - A MJO é um sistema acoplado oceano-atmosfera • Componente atmosférica é caracterizada: • oscilação de propagação para leste do • continente marítimo em torno do equator • em cerca de 5 m s-1 • período de cerca de 30-60 dias • escala espacial: comprimento de 12,000-20,000 km • mais desenvolvidos desde a região sul do Oceano • Índico, indo para leste pela Austrália • até o oeste do Oceano Pacífico • durante o verão austral • A assinatura atmosférica é evidente na: • pressão de superfície • intensidade dos ventos na baixa e alta troposfera • divergência/convergencia na alta e baixa troposfera • indicadores (proxies) de convecção profunda: • umidade relativa do ar, água precipitável ou ROL • não é evidente nos ventos de niveis médios na troposfera • Componente oceânica do MJO: • oscilação com período um pouco mais de 60-75 dias. • assinatura oceânica evidente na • temperatura da superfície do mar (TSM), • a profundidade da camada de mistura, • o fluxo de calor latente da superfície, • e os campos da tensão superficial do vento.

5. Um “compositie” de 91 MJO eventosobservadosem Darwin( verão austral de 1957-1978): • Oscilação com magnitudes daordem de: • 5 m s-1 no vento zonal • 1 m s-1 no ventomeridional • 0.5 K natemperatura • 5 mm dia-1 naprecipitação • 10% naumidaderelativa ≠s Fig. 5.4. Perfisverticais de temperaturapotencialequivalente (θe – temp/vap.) paradoisperiodosativos de convecçãonamonção de verãoda Australia (linhastracejadas) e um periodo de pausa (break), de convecçãoinativa (linha continua)

6. Representação esquemática da estrutura do vento em grande escala na MJO - A nuvem indica simbolicamente o centro convectivo - As setas representam os ventos anômalos em 850 e 200 hPa e os movimentos vertical em 500 hPa. - As letras "A" e "C" marcam os centros de circulação anticiclônica e ciclônica, respectivamente. – As Linhas pontilhadas marcam os cavados cristas (Rui e Wang, 1999).

7. A oscilaçãoatmosféricaassociada com a MJO tem: • - estruturabaroclinica, com aquecimentonaaltatroposfera e esfriamentoproximo à superfíciedurante a faseoeste (umida), - - com anomalias de oeste se extendendoaté 300 hPa. • consistente com aquecimentoporliberação de calorlatente • na media troposfera(tipico de convecçãoprofunda) e esfriamentonabaixatroposferapelaevaporaçãodaprecipitação • um evento de precipitação antecede a chegada das anomalias • de oestenosventosemcerca de 4 dias • esseevento de precipitaçãocorresponde à convergencia • intensificadadaconvecção

8. Mecanismos de formaçãoda MJO • - Inicialmente: liberação de calorlatentenaregião tropical • (Matsuno e Gill mostraramqueondastropicaispoderiam ser forçadaspelaconvecção – fontes de calor) • Umadessasondas é a ONDA DE KELVIN equatorial , • que se propagaparaleste, como a MJO • POREM • muitomaisrapidaque a MJO (cerca de 12-22 m s-1) • circulando o equadoremcerca de umasemanaaoinves do periodotipico de 30-60 diastipicamenteassociado à MJO • Essainconsistencialevou a exploraroutrascausas.

9. Mecanismos de formaçãoda MJO • Mesmoapos 35 anos de estudo , aindaexistemduvidas de quaissão as forçantesqueacionam a MJO • - duasgrandelinhas de explicação: forçado • (1) internamente: a Mjo é responsávelporcriarsuapropria font de energia (processos de retroalimentação) • (2) externamente: outrosfenomenossão a causada MJO • Zhang (2005) faz um review maiscompleto • REVIEWS OF GEOPHYSICS, VOL. 43, RG2003, 36 PP., 2005doi:10.1029/2004RG000158 - Madden-JulianOscillation- ChidongZhang

10. Teorias de Forçantes Externas • Teoriaspropostasparaforçantesexternasda MJO incluem: • Flutuaçõesintrasazonaisdamonção de verãoda Asia • “forçante estocástica” daconvecçãonaregião de picoda MJO; e • Forçantes de latitudes médias A teoria das flutuaçõesintrasazonaisnamonçãoda Asia dependedainteração entre: a evaporaçãonasuperfície, convecção e radiação, levando a umaoscilaçãoestacionárianaprecipitaçãodamonção com um períodopróximo a 50 dias. - Essaoscilação prove o aquecimentoconvectivo de grandeescalanesseperíodo, quepodeforçar a MJO, seguindo a ideiaqueesseaquecimentopossaforçarondasequatorias. POREM Nemestudosestatisticosou de modelagemforamhabeisemapoiaressateoria.

11. (2) Convecção local de curtaduraçãofoitambempropostacomo um mecanismoquepossagerarenergiaparamanter a MJO. POREM a escalaespacial das ondasgeradasporessa forçante convectivasãomuitopequenaspararepresentardiretamente a MJO Trabalhosrecentessugeremque a convecçãopodeforçar a MJO indiretamente, “energizando” perturbaçõesemescalasinóticaqueirãoentãoalimentar a MJO. Essateoriaaindaestásendoexplorada.

12. (3) Interação com disturbios de latitudes médias • “ o acoplamentoda MJO e de disturbiosbaroclinicos de lat.mediaspodeamplificar a MJO” • (fornecerenergiaparamanter a MJO contra outrosfatorestaiscomo a fricção) • Doisproblemas com essateoria: • Interações entre ostropicos e lat. ediasestãoconfinados no Pacifico central e leste • (onde a MJO é fraca) • Analisesestatisticasdesses links nãomostram fortes sinais. • Atualmenteessateorianão tem forte suporte.

13. Teorias de Forçantes Internas Duasteoriasatualmente: “wave CISK”; and Retroalimentação de evaporaçãodasuperfície (“WISHE”) Comumàsduasteorias: procuramfonteslocais de instabilidadequesuportem o crescimento dos padrõesatmosféricoscaracterísticosda MJO Teorias de Instabilidadepara a região tropical se baseiamfortementeem um link com a convecção , jáqueela é a maiorfonte de instabilidadenessaregião ENTÃO Ambasteorias (onda-CISK e WISHE) se baseiamnageração de convecçãocomo forçante da MJO

14. Teoria onda-CISK básica • Idéiabásicada CISK: a convergencia de umidadenacamadalimiteplanetariaemumaregião de baixapressãoforça a convecção a se organizarem mesoescala, aoinves de emnuvensindividuais • - a teoriaonda-CISK extendeessaideialigando a convergencia de umidadenacamadalimite com a instabilidadeemondasequatoriais Kelvin. • MAS parafazeresetrabalhonaescalada MJO, aoinves das ondas de Kelvin individuais, é necessáriomais um passonessateoria: • que o transporte de umidadenacamadalimitetambem se concentraemoutrasondasnaregião. • a fricçãocausando a convergencianaregiãotambemprecisaagirenfraquecendoondasmenoresparaessateoriafuncionar. • Estudosobservacionais e numéricos tem confirmadoosdiferentesaspectosdessateoria MAS algunscientistasargumentamque a convecção é ligadamais à evaporaçãolocalnasuperfíciequeaotransportede outrasregiões. • - issolevaaooutromecanismo forçante internoda MJO:

15. (2) WISHE - “Wind Induced Surface Heat Exchange” • Linka a fonte de evaporação à instabilidadena MJO • E requerquejáexistaumaonda de Kelvin com estrutura de escalaplanetária • E que o ventomédio de superfícieseja de leste • POREM, essacombinação de fatoresleva a um máximo de evaporação a leste do picoda MJO, aoinves de ser a oeste (comoobservado) • Essadiferença entre a teoria e a observação tem que ser explicada antes de que se possausarparaexplicar a geraçãoda MJO. • Apesar disso, algunscientistassugeremque a teoriadaevaporaçãodasuperfíciepodemajudar a manter a MJO, mesmosemgerá-la.

16. Papelda MJO navariabilidadeatmosférica e oceanica • – disturbionaconvecção e nacirculação (predominantemente no vento zonal) • - maisproeminentedurante o final da primavera e no verão austral • - Se propaganadireçãolste, aolongo do equado, através do oceanoIndico e o leste do oceanoPacifico, com um periodoaproximado de 30-60 dias. • A MJO foiinicialmenteidentificadaatraves de filtragemespectral de dados de radiosondas de estaçõesaoredos dos tropicos. • - Desdeentão, umavariedade de outrasvariaveis e abordagens de filtragemforamusadaspararefinar a descriçãoda MJO e explorarsuavariabilidade • - o sinalda MJO não é constanteatraves das estações do anoou de ano a ano. • - A MJO é mais forte no verão austral (DJF) e emanosneutros de ENSO. • - A MJO tende a ser suprimidaduranteeventos fortes de El Nino ou La Nina.

17. A MJO mostra um leque de impactosnaatmosfera tropical • Nosestudosiniciaisfoiassociado a variaçõeslocais de precipitação • modula as fasesativas e de pausa das monçoesAsio-Australiana and Africana • A passagemda MJO foiassociada com o inicio, as fasesativa e paua do sistema de monçãoAustraliana • Um estudo da variação intrasazonal na convecção tropical em todas as escala de tempo revelouumahierarquiadaatividadeconvectiva

18. - A MJO fornece um “envelope” de convecçãoaumentadaoudiminuida • Dentrodafaseativa, convecção de escalasinótica (“super aglomerado de nuvens- super cloud clusters” or SCC) se propagaparalestedentro do envelope daMJO, a umavelociademaiorque a do envelope. • cosistente com suascaracteristicassinoticas, o SCC tem escalaespacial de 2000–4000 km e escala temporal de cerca de 10 dias • Os SCCs sãocompostos de ComplexosConvectivos de Mesoescala (MCCs), • quesãosistemas de tempestadesquase-circlares com escalasespaciais de umaspoucascentenas de Km e escalatempora de cerca de um dias (essessistemassãofortementeinfluenciadospelociclodiário)

19. Fig. 5.7. Esquemamostrando a variabilidadeintrasazonal (ISV; elipsesinclinadas) de complexos de nvens de grande-escala. Super aglomerdos de nuvens (SCC; linhas fortes inclinadas) se propagamdentro do ISV. Tanto o ISV e o SCC se propagaparaleste. O destaquenadireitadafiguramostra a estrutura de menorescalada SCC. Aglomerados de nuvensnaescala de umaspoucascentenas a 1000 Km se propagamparaoestedentro do SCC. Essesaglomerados de nuvens se desenvolvem, ficammaduros e decaememunspoucosdias.

20. - A faseativada MJO foiligadaaoaumentodafrequencia de ciclonestropicaiscomparado com a faseinativa • Organizaçãoconvectiva de mesoescala no Pacifico equatorial oesteaumenta com a passagemda MJO, talqueos CCMs foramevidentes logo antes do maximodaconvecçãoassociado com a passsagemda MJO e osciclonestropicaisemseguida.

21. Analise do impactoda MJO naatividade de ciclonestropicais no leste do Pacifio e oeste do Atlantico, suastrajetorias e nasanomalias dos ventosem 850 hPa.

22. Link dapassagemda MJO atraves do Pacificodesenvolvendointensaprecipitação de inverno no oesteda America do Norte.

23. ModulaçãodaMJO naAmérica do Sul Jones and Carvalho (2002)

24. IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS JJA

25. IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS DJF

26. LINKS SOBRE MJO Madden-Julian Oscillation Real Time Forecasts http://www.icess.ucsb.edu/asr/mjo_forecasts.htm • explore more about the MJO in the COMET webcast, The Madden-Julian Oscillation Life Cycle presented by Dr. Roland Madden, http://www.meted.ucar.edu/climate/mjo/http://www.meted.ucar.ed Real-time Multivariative MJO index, Australian BOM, http://cawcr.gov.au/staff/mwheeler/maproom/RMM/ Explore more about the Role of the MJO in Oceanic and Atmospheric Variability in the COMET webcast presented by Dr. Klaus Weickmann http://meted.ucar.edu/climate/beyond_mjo/index.htm http://www.cpc.noaa.gov/products/precip/CWlink/MJO/mjo.shtml