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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2022.tde-14022023-113128
Documento
Autor
Nome completo
Igor Stivanelli Custódio
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Dias, Pedro Leite da Silva (Presidente)
Ambrizzi, Tercio
Chiessi, Cristiano Mazur
Oliveira, Gilvan Sampaio de
Wainer, Ilana Elazari Klein Coaracy
Título em português
Sistema de Monção da América do Sul: padrões de variabilidade durante os últimos 21.000 anos
Palavras-chave em português
América do Sul
LISAM
Paleoclimas
Single Forcings
Variabilidade
Resumo em português
O Sistema Monçônico da América do Sul (SMAS) representa a principal componente da precipitação de verão da América do Sul. O objetivo principal deste estudo foi estudar o SAMS e seus componentes, assim como sua variabilidade espaço-temporal e a influência das forçantes climáticas durante os últimos 21.000 anos. Foram analisadas simulações dos experimentos FULL e Single Forcings do modelo TraCE-21k e da simulação transiente dos últimos 6.000 anos do modelo IPSL. Para identificar os padrões referente aos modos do SMAS e da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foi aplicado o Índice de Larga Escala da Monção da América do Sul (LISAM), que consiste em uma análise de componentes principais combinada entre as variáveis de precipitação, umidade, vento zonal e meridional. Também foi aplicado o índice de posicionamento (métodos por estresse do vento e divergência de umidade) e os modos de variabilidade da Zona de Convergência Intertropical do Atlântico (A-ZCIT) identificados por análise de componentes principais. Os modelos TraCE-21k e IPSL conseguem representar os principais padrões referentes ao SMAS, ZCAS, quando comparados com a reanálise do século XX. As séries temporais dos coeficientes de expansão do LISAM, ZCAS e A-ZCIT, calculadas com o TraCE-21k, levaram a identificação da variabilidade da precipitação monçônica. Os resultados baseados nos modelos são coerentes com as mudanças de regime registradas em proxies climáticos analisados e trabalhos publicados, apesar de algumas diferenças. Os resultados mostram que a precipitação associada ao SMAS, ZCAS oceânica e ao posicionamento da A-ZCIT apresentam influências diretas do forçamento dos pulsos de água doce associados ao degelo nas simulações do TraCE-21k, principalmente entre o Heinrich Stadial 1 (H1) e o Younger Dryas (YD). Já o padrão de variabilidade da A-ZCIT apresenta banda dupla em alguns subperíodos dos últimos 21k anos, com a banda secundária surgindo, principalmente, quando a posição da A-ZCIT está mais ao sul, o que ocorre durante os períodos frios (H1 e YD). Mudanças nos fluxos radiativos totais hemisféricos no topo da atmosfera foram estão em sintonia com as mudanças no posicionamento da A-ZCIT nos últimos 21.000 anos, em concordância com teorias recentes sobre a dinâmica da ZCIT. Os resultados mostram que o deslocamento para sul da ZCAS, no período recente, é modulado pela mudança dos parâmetros orbitais, principalmente a partir do Holoceno Inicial. Através da análise de ondeletas, também foi identificado a transferência da energia espectral no período BøllingAllerød, de baixas para altas frequências, evidenciada no SMAS, ZCAS e A-ZCIT. Foi identificada a importância de modos de variabilidade do Oceano Pacífico e Atlântico na escala multidecadal no período mais recente no LISAM, ZCAS e A-ZCIT, principalmente a partir do período do Holoceno Médio, em concordância com resultados de trabalhos observacionais.
Título em inglês
South American Monsoon System: variability Patterns over the last 21,000 years
Palavras-chave em inglês
LISAM
Paleoclimate
Single Forcings
South America
Variability
Resumo em inglês
The South American Monsoon System (SAMS) is the main component of South America's summer precipitation. The main objective of this study is to investigate the spatial-temporal variability and the effect of individual climate forcing mechanisms during the last 21,000 years on the SAMS. The results are based on TraCE-21k simulations FULL and Single Forcings experiments and the IPSL transient simulation for the last 6,000 years. The identification of spatial variability patterns associated to the core of monsoon region and the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) patterns are based on multivariate EOF analysis (precipitation, humidity, zonal and meridional wind) which produces two main modes: the South American Large Scale Monsoon Index (LISAM) and the SACZ mode. The Atlantic Intertropical Convergence Zone (A-ITCZ) positioning index (wind stress and moisture divergence methods) and the variability modes were identified through EOF analysis. The LISAM and SACZ modes show that the TraCE-21k and IPSL represents the SAMS and SACZ patterns and the comparison to the 20th Century reanalysis EOF analysis show significant agreement. The TraCE-21k LISAM and A-ITCZ time series proved to be an important instrument to identify monsoon precipitation variability, consistent with the regime changes registered in climatic proxies. The freshwater pulses forcing in TraCE-21k is a determining factor for the observed changes in the precipitation regime and A-ITCZ positioning, mainly for the periods between the Heinrich Stadial 1 (H1) and the Younger Dryas (YD). The A-ITCZ pattern presents a double band in the subperiods of the past 21ky, with the secondary band appearing mainly when the A-ITCZ position is southward, during cold periods (H1 and YD). Changes in the hemispheric total radiative flux at the top of the atmosphere are confirmed to be a determining factor for the A-ITCZ changes in the last 21ky, in agreement with recent theories on the ITCZ dynamical control. The results show that the observed and modelled SACZ southward shift in the Late Holocene is mainly modulated by insolation changes, with stronger correlation observed since the Mid-Holocene period. Through wavelet analysis, it was noted that energy was transferred from low to high frequencies in the BøllingAllerød, evidenced in SAMS, SACZ and A-ITCZ modes for the full forcing and freshwater pulse experiments in the Northern Hemisphere. In agreement with the observational studies, the importance in the recent period of the observed multidecadal variability, associated with the Pacific and Atlantic modes, in the LISAM, SACZ and A-ITCZ positioning began in the Middle Holocene period, with direct influences by the orbital forcing and ice cover changes, and these results are consistent with previous studies.
 
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Data de Publicação
2023-02-15
 
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