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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2019.tde-17122019-154313
Documento
Autor
Nome completo
Natália Machado Crespo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Rocha, Rosmeri Porfirio da (Presidente)
Ambrizzi, Tercio
Iwabe, Clara Miho Narukawa
Pinheiro, Henri Rossi
Wernli, Heini
Título em inglês
A potential vorticity perspective on cyclones over South America
Palavras-chave em inglês
Cyclogenesis
Cyclones
Potential vorticity
PV cutoffs
PV streamers
South America
Resumo em inglês
This study presents a general overview of the atmosphere from a potential vorticity (PV) perspective at upper levels, focusing on the influence of upper-level PV anomalies and structures and their influences on surface cyclones over South America. Surface cyclones and PV structures on isentropic surfaces (PV streamers and PV cutoffs) are identified using ERA-Interim reanalysis for the period 1979-2017. After identifying cyclones in four regions (Argentina, Uruguay, SEBrazil and Andes), their traveled distance, intensity, lifetime, association with PV structures, and time lags are analyzed in different seasons. The cyclone tracking showed that i) before cyclogenesis in Uruguay there is a high frequency of cyclogenesis in Andes; ii) a bi-modal distribution of cyclones in terms of displacement, intensity and lifetime, indicating two different types of cyclones occurring in Argentina, Uruguay and SEBrazil. In general, cyclones from Argentina and Uruguay travel longer distances and are more intense. In the four regions, PV streamers occur frequently during cyclogenesis, typically located to the southwest. However, there are seasonal differences during genesis: in Argentina and Andes, PV streamers occur mainly in summer, in Uruguay in summer and winter, and in SEBrazil mainly in winter. PV streamers frequency for each region varies, e.g., in Argentina and Uruguay they are more frequent at 320 K, while in SEBrazil and Andes at 340 K in summer. PV cutoffs occur in lower frequency than PV streamers during cyclogenesis, however, they tend to intensify during the cyclone lifetime, which is more frequent in summer than in winter. Composites of dynamic fields (Eady growth rate-EGR, quasi-geostrophic omega, PV, upper and lower-level winds, sea level pressure, geopotential height and specific humidity) before, during and after cyclogenesis show important differences between winter and summer for each region. In Argentina, the environment is slightly more baroclinic (in respect with stronger EGR, omega and upper-level jet) in summer and cyclones develop beneath the equatorial upper-level jet entrance. In this season, the PV anomaly associated with PV streamers acts intensifying ascent and contributing to the surface cyclogenesis. In winter, cyclogenesis in Argentina occur beneath the polar exit sector of the jet stream, with weak PV streamer upstream. Similar patterns are observed in summer and winter in Uruguay, but with a stronger baroclinicity in winter. In SEBrazil and Andes the upper-level jet is far from the cyclogenetic region in summer. In this season, cyclones in SEBrazil have a more barotropic vertical structure, whereas in winter, the higher frequency of PV streamers and PV anomalies are more important for cyclogenesis in this region. Comparatively, Andes is the region with the lowest contribution of PV streamers and PV anomalies for surface cyclogenesis.
Título em português
Ciclones na América do Sul sob a perspectiva da vorticidade potencial
Palavras-chave em português
América do Sul
Ciclogênese
Ciclones
PV cutoffs
PV streamers
Vorticidade potencial
Resumo em português
Este estudo apresenta uma visão geral da atmosfera do ponto de vista de anomalias e estruturas de vorticidade potencial (VP) em altos níveis, com o objetivo de entender tais estruturas e suas influências em ciclones em superfície na América do Sul. A partir da reanálise ERA-Interim foram rastreados tanto os ciclones em superfície como as estruturas de VP (streamers e cutoffs de VP, referidos como streamers-VP e cutoff-VP) em superfícies isentrópicas no período 1979-2017. Após identificar ciclones em superfície em quatro regiões (Argentina, Uruguay, SEBrazil e Andes) são analisados seus deslocamentos, intensidade, tempo de vida, associação com estruturas de VP, e relações entre as regiões ciclogenéticas em diferentes estações do ano. O rastreamento de ciclones mostrou que: i) antes da ciclogênese no Uruguay existe uma alta frequência ciclogênese em Andes; ii) uma distribuição bimodal de ciclones em termos de deslocamento, intensidade e tempo de vida, indicando dois diferentes tipos de ciclones se formando nas Argentina, Uruguay e SEBrazil. De forma geral, ciclones que se desenvolvem em Argentina e Uruguay percorrem distâncias maiores e são mais intensos. Nas quatro regiões, streamers-VP ocorrem frequentemente durante a ciclogênese, localizados tipicamente à sudoeste. No entanto, existem diferenças sazonais durante a gênese: em Argentina e Andes, streamers-VP ocorrem principalmente no verão, em Uruguay no verão e inverno, e principalmente no inverno em SEBrazil. A frequência de streamers-VP varia para cada região, sendo encontrados mais frequentemente para Argentina e Uruguay em 320 K, enquanto que no SEBrazil e Andes em 340 K, no verão. Cutoffs-VP ocorrem com menor frequência que streamers-VP durante a ciclogênese, no entanto tendem a se intensificar ao longo do ciclo de vida do ciclone, o que é mais comum de ocorrer no verão do que no inverno. Composições de campos dinâmicos (Eady growth rate-EGR, ômega quase-geostrófico, VP, ventos em altos e baixos níveis, pressão ao nível médio do mar, altura geopotencial e umidade específica) antes, durante e depois da ciclogênese mostram importantes diferenças entre inverno e verão em cada região. Em Argentina, o ambiente é levemente mais baroclínico (medido pela maior intensidade de EGR, ômega e jato em altos níveis) no verão e o ciclone se forma sob a entrada equatorial do jato de altos níveis. Nesta estação, a anomalia de VP associada com os streamers-VP atua intensificando o movimento ascendente e contribuindo para a ciclogênese em superfície. No inverno, ciclogênese em Argentina ocorre sob a saída polar da corrente de jato, com fraco streamer-VP corrente acima. Padrões similares são observados no verão e inverno em Uruguay, porém sob baroclinia mais intensa no inverno. Em SEBrazil e Andes a corrente de jato em altos níveis situa-se distante da região ciclogenética no verão. Nesta estação, em SEBrazil, os ciclones apresentam uma estrutura vertical mais próxima barotrópica. No inverno, a maior frequência de streamer-VP e anomalias de VP têm atuação importante nas ciclogêneses em SEBrazil. Comparativamente, Andes se apresenta como a região com menor contribuição de streamers-VP e de anomalia de VP para as ciclogêneses em superfície.
 
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Data de Publicação
2019-12-20
 
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