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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.14.2011.tde-27062013-112941
Documento
Autor
Nombre completo
Enver Manuel Amador Ramirez Gutierrez
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2011
Director
Tribunal
Dias, Pedro Leite da Silva (Presidente)
Ambrizzi, Tercio
Bonatti, Jose Paulo
Campos, Edmo Jose Dias
Velho, Haroldo Fraga de Campos
Título en portugués
Interação multi-escala entre o oceano e a atmosfera e a variabilidade de baixa frequência
Palabras clave en portugués
coupled atmosphere-ocean models
decadal oscillations
El Niõ
Madden-Julian
nonlinear equatorial dynamics
resonat interactions
Resumen en portugués
No presente trabalho utiliza-se um m´etodo multi-escala para estudar de forma te´orica as intera¸coes nao lineares entre o oceano e a atmosfera atrav´es de ressonancia onda-onda. Desenvolve-se uma hierarquia de modelos acoplados oceano-atmosfera nao lineares que foram escalonados convenientemente para representar as principais escalas de variabilidade clim´atica (i.e., intrasazonal, interanual, e decenal). A enfase dos modelos desenvolvidos foi dado para a regiao tropical. As fontes de nao linearidade inclu´das no modelo sao de dois tipos: I) nao linearidade intr´nsica (advectiva) e II) nao linearidade relacionada com os termos da f´sica e ambas sao abordadas neste trabalho. Para obter as equa¸coes que regem a dinamica de intera¸coes ressonantes a partir da hierarquia de modelos acoplados, aplicou-se um m´etodo perturbativo multi-escala. As solu¸coes sao escritas em termos de solu¸coes de ordem dominante e solu¸coes seculares. Para as solu¸coes de ordem dominante e seculares utilizam-se as fun¸coes base do problema linear, em uma aproxima¸cao do tipo Galerkin. As propriedades das fun¸coes base permitem calcular de forma anal´tica os coeficientes de intera¸cao associados com os termos nao lineares, assim como tamb´em permitem projetar estes termos nos modos de oscila¸cao natural do sistema (ressonancia). Com este m´etodo obt´em-se modelos reduzidos que permitem determinar as contribui¸coes de diversos processos para a evolu¸cao em escala lenta de um determinado modo de variabilidade natural. Para aplicar estes conceitos ao problema de acoplamento oceano-atmosfera utiliza-se como Ansatz (hip´otese inicial para a solu¸cao do problema) um tripleto composto por duas ondas atmosf´ericas e uma onda oceanica, sendo uma onda de Kelvin e de Rossby na atmosfera e uma onda Kelvin no oceano. O tripleto escolhido representa uma aproxima¸cao de v´arios fenomenos encontrados na regiao tropical, e.g. o desenvolvimento do El Nino, a intera¸cao da oscila¸cao de Madden-Julian com o oceano, a intera¸cao entre el Nino e variabilidade intrasazonal. No presente trabalho ´e mostrado que existe a ressonancia envolvendo ondas atmosf´ericas e oceanicas e que a modula¸cao em baixa frequencia produto desta ressonancia pode afetar desde escalas r´apidas sin´oticas equatoriais, intrasazonais, interanuais e at´e variabilidade da ordem de dezenas de anos. Palavras chave: Dinamica Equatorial nao linear, Intera¸coes Ressonantes, Modelos Acoplados Oceano-Atmosfera, El Nino, Oscila¸cao de Madden Julian, Oscila¸coes Decenais (Decadal)
Título en inglés
Multiscale interaction between the ocean and the atmosphere and the low frequency variability
Palabras clave en inglés
coupled ocean-atmosphere model
decadal oscillations.
El Nino
Madden-Julian oscillation
Non-linear equatorial dynamics
ressonant interactions
Resumen en inglés
In the present work a multiscale method is used to study resonant nonlinear wave-wave interactions between the ocean and the atmosphere. A hierarchy of coupled atmosphere-ocean models is developed using typical scalings found in the tropical region with the aim to represent some of the dominant modes of climate variability (intraseasonal, interannual and decadal). The sources of nonlinearity included into model are of two types: I) intrinsic nonlinearity (advective form) and II) nonlinearity related to physical terms. A multi-scale perturbation method is applied to obtain equations governing dynamics of ressonant interactions. The solutions are described in terms of dominant and secular solutions. For the dominant modes basis functions of the linear problem are used in a approximation of the Galerkin type. The properties of the basis functions allows the analytical computation of the interaction coefficients associated with non-linear terms and the projection into the natural oscillation modes of the system (resonance). Using this method it is possible to obtain reduced models to determine the contributions of several processes to the slow time evolution of a specific mode of natural variability. To apply these concepts to the problem of atmosphere-ocean coupling an Ansatz composed of a three waves (two atmospheric Rossby and Kelvin waves and an ocean Kelvin wave) is used. The triad chosen represents a aproximation of several phenomena found in the tropical region, e.g. desenvolving of El Nino, interaction of the Madden-Julian oscillation with the ocean, interaction between El Nino and intra-seasonal variability, etc. It is shown that system allows a resonance involving atmospheric and oceanic waves and that the low-frequency modulation resulting from these ressonance can affect the system from fast equatorial synoptic scales to decadal timescales, including the intermediate scales i.e., intraseasonal and interannual.
 
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Fecha de Publicación
2013-07-05
 
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