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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2020.tde-18112020-042659
Documento
Autor
Nome completo
Julio Cesar Morais
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Raupp, Carlos Frederico Mendonça (Presidente)
Barros, Saulo Rabello Maciel de
Dias, Pedro Leite da Silva
Gutierrez, Enver Manuel Amador Ramirez
Peixoto, Pedro da Silva
Título em inglês
Multiscale interactions, Low Frequency Variability and the Global Warming.
Palavras-chave em inglês
MJO. Global Warming. Atmospheric waves. Nonlinear interaction. Extreme Events.
Resumo em inglês
The potential of the Madden-Julian Oscillation (MJO) to influence the climate and weather in both tropical and extratropical regions is of utmost importance for the global warming and climate change discussion. In this context, understanding how the MJO responds to the warming of the planet is a necessary step to build our physical comprehension on the way in which global warming influences extreme events of precipitation and temperature fields. Here we address the issue of the MJO response to global warming by means of a toy model of the MJO activity based on a single nonlinear triad interaction involving two convectively coupled equatorial wave modes, namely a Rossby and a Kelvin wave, and a barotropic Rossby mode. The two equatorial modes are known to play an important role in the planetary-scale circulation features associated with the MJO within the tropics, while the barotropic Rossby mode is related to its tropical-extratropical teleconnection. In addition, since moisture convergence is also known to play an important role in the MJO dynamics, here we mimic this effect by representing the coupling between the equatorial waves and moist convection in terms of the wave-CISK formulation. We also analyze in this formulation the role of the diurnal cycle of the moisture field, which can resonantly couple the equatorial Rossby mode of the triad with a high-frequency inertio-gravity wave. The inertio-gravity mode is thought of as representing the high-frequency convective systems embedded in the MJO. The effect of global warming is analyzed by changing the maximum value of the moisture field. The results show that an enhanced moisture can allow the equatorial wave modes to get in resonance with the barotropic Rossby mode, making the wave triad to undergo stronger energy modulations. This stronger energy modulation of the triad interaction might suggest a stronger MJO activity under a moister (warmer) environment. Also, our results indicate that an increased moisture content renders possible the MJO low frequency envelope to excite a high frequency gravity mode. We further show by changing the amplitude of gravity mode that the energy modulation of the triad becomes more intense, with an enhanced back and forth energy transfer between the equatorial gravity and Rossby modes, affecting also the kelvin wave. This indicates a strong necessity of a better representation of gravity waves in GCMs in order to properly simulate the effect of global warming on the MJO.
Título em português
Interações Multi-Escala, Variabilidade de Baixa Freqüência e o Aquecimento Global
Palavras-chave em português
aquecimento global
eventos extremos.
Interações não lineares
OMJ
ondas atmosféricas
Resumo em português
A capacidade que a oscilação de Madden-Julian (OMJ) possui de influenciar o tempo e o clima tanto da região tropical quanto das latitudes médias é de fundamental importância para a discussão envolvendo o aquecimento global e as mudanças climáticas. Neste contexto, o entendimento da resposta da OMJ à forçante ligada ao aquecimento do planeta é um passo necessário na construção de uma compreensão física da maneira como o aquecimento global influencia os eventos extremos nos campos de precipitação e temperatura. Neste trabalho a questão da resposta da OMJ sob aquecimento global é tratada por meio de um modelo simplificado baseado na interação não linear envolvendo dois modos equatoriais, sendo elas, uma onda de Kelvin e uma onda de Rossby equatorial, e uma onde de Rossby barotrópica. As duas ondas equatoriais reconhecidamente desempenham um importante papel na circulação tropical associada à OMJ. O modo barotrópico é responsável pelos padrões de teleconexão trópico-extratrópico. Adicionalmente, considerando o importante papel desempenhado pela convergência de umidade na dinâmica da OMJ nós usamos a formulação Wave-CISK para representar o acoplamento dos modos equatoriais com a convecção úmida. Nesta mesma formulação também é analisado o papel do ciclo diurno do campo de umidade, o qual pode acoplar o modo Rossby equatorial de maneira ressonante com um modo rápido como a onda de gravidade inercial. Este modo é considerado como representação dos sistemas convectivos de alta frequência existentes no interior da OMJ. O efeito do aquecimento global é analisado através da alteração do máximo valor do campo climatológico da umidade de fundo. Os resultados mostram que o aumento da umidade permite que a condição de ressonância entre os modos equatoriais e o modo barotrópico seja satisfeita, fazendo com que aconteça uma forte modulação na troca de energia no tripleto. Este aumento na eficiência da troca de energia dentro do tripleto pode ser interpretado como aumento na atividade da OMJ em um planeta mais quente (úmido). Outro resultado indica a possibilidade de o pacote de baixa frequência da OMJ possa excitar um modo de maior frequência como o modo de gravidade inercial. Neste trabalho também é mostrado que com o aumento da amplitude da onda de gravidade inercial a energia do tripleto sofre forte modulação, sendo que a energia passa do tripleto para a onda de gravidade e de volta para o tripleto, afetando além da onda de Rossby equatorial também a onda de Kelvin. Este resultado sugere que para melhor simular a resposta da OMJ ao aquecimento global é necessário que as ondas de gravidade sejam melhor representadas nos modelos de circulação global.
 
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tese_final.pdf (1.34 Mbytes)
Data de Publicação
2020-12-18
 
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