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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.21.2022.tde-26092022-150931
Document
Auteur
Nom complet
Gabriel Marques Pontes
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Wainer, Ilana Elazari Klein Coaracy (Président)
Ambrizzi, Tercio
Araujo Filho, Moacyr Cunha de
Campos, Edmo Jose Dias
Titre en anglais
Ocean-Atmosphere interactions in the mid-Pliocene global warming: Lessons for the 21st century climate
Mots-clés en anglais
Atlantic Ocean
climate modelling
Climate Science
modes of variability
paleoclimatology
South America
Resumé en anglais
During the mid-Pliocene (~3 million years before present), annual mean temperatures were approximately 3°C higher than present, which is similar to the projected global warming for the end-of-century climate. Furthermore, carbon dioxide (CO2) concentrations in the atmosphere were similar to present day (~400 ppm). Paleoclimate studies have been investigating whether there was a past warm climate that would serve as an analogue for the current warming. As such, the mid-Pliocene climate arises as a candidate to a possible future scenario. This thesis investigates key aspects of the Southern Hemisphere climate in the mid-Pliocene through the simulation results of the Pliocene Model Intercomparison Project and climate model sensitivity experiments to evaluate whether the mid-Pliocene is comparable to the projected future warming. Firstly, higher rates of warming in the northern hemisphere create an interhemispheric temperature gradient that enhances the southward cross-equatorial energy flux by up to 48% in the mid-Pliocene. This intensified energy flux reorganizes the atmospheric circulation leading to a northward shift of the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) and weakened and poleward displaced Southern Hemisphere Subtropical Convergences Zones. These changes result in drier-than-normal Southern Hemisphere tropics and subtropics, with rainfall reductions in South America of up to 25%. Second, the modes of variability based on Atlantic sea surface temperature were overall weaker and less frequent, indicating increased climate stability in the mid-Pliocene. In particular, a weaker Atlantic Meridional Mode was associated with increased inter-hemispheric SST gradient and northward ITCZ shift. Lastly, a northward shift of the Pacific ITCZ reduced the activity of the El Niño Southern Oscillation by 25%. These results highlight the key role of the ITCZ position in driving climate change in the tropics and subtropics of the Southern Hemisphere. Observations and numerical studies of the ongoing warming, on the other hand, show a southward shift in the Pacific and Atlantic ITCZs, which indicate that the mid-Pliocene global warming differs from the current warming. Thus, significant climate aspects represented by the current set of Pliocene climate simulations are not being experienced in 20th/21st century warming of the planet. Nonetheless, this thesis highlights the effects of meridional shifts of the ITCZ to the Southern Hemisphere climate.
Titre en portugais
Interações Oceano-Atmosfera no aquecimento global do Plioceno Médio: Lições para o clima do século 21
Mots-clés en portugais
América do Sul
Ciência do clima
modelagem do sistema climático
modos de variabilidade
Oceano Atlântico
paleoclimatologia
Resumé en portugais
Durante o Plioceno Medio (~3 milhões de anos atrás) temperaturas médias anuais eram aproximadamente 3°C acima das atuais e com concentracoes de CO2 na atmosfera equivalentes à moderna (~400 ppm). Estudos paleoclimáticos tem investigado a possibilidade de haver algum clima passado que sirva de análogo para o atual aquecimento global. Assim, o Plioceno Médio surge como um potencial candidato a um clima futuro mais quente. Nesta tese são investigados processos importantes para o clima do Hemisfério Sul, através de resultados das modelagens numéricas do Pliocene Model Intercomparison Project associados a experimentos numéricos com modelos climáticos, para avaliar se o clima do Plioceno Médio pode ser considerado um análogo para as iminentes mudanças climáticas. Primeiramente, os resultados desta tese mostram que elevadas taxas de aquecimento no Hemisfério Norte intensificaram o gradiente inter-hemisférico de temperatura assim como o fluxo de energia do Hemisfério Sul para o Norte no Plioceno Médio, o que levou a uma reorganização da circulação atmosférica resultando em um descolamento para norte da Zona de Convergência Inter-Tropical (ZCIT) e a Zonas de Convergência Subtropicais mais fracas e deslocadas para sul. Estas mudanças resultaram em um Hemisfério Sul mais seco que o atual, com reduções na precipitação da América de 25%. Ainda, a análise dos modos de variabilidade do Oceano Atlântico baseados na temperatura da superfície do mar indica maior estabilidade climática no Plioceno Médio. Em especial, o aumento no gradiente inter-hemisférico de temperatura e o deslocamento para norte da ZCIT estão associados à menor amplitude do modo meridional do Atlântico no Plioceno Médio. Por último, o deslocamento para norte da ZCIT no oceano Pacífico resultou em maior estabilidade do fenômeno El Niño Oscilação Sul. Os resultados apresentados nesta tese destacam o papel fundamental da ZCIT em gerar mudanças no clima das regiões tropicais e subtropicais do Hemisfério Sul. Estudos observacionais e numéricos sobre o aquecimento global atual mostram um deslocamento para sul das ZCITs nos oceanos Atlântico e Pacífico, os quais indicam que apesar da semelhança entre as magnitudes do aquecimento global do Plioceno Médio e o atual (~3ºC), a resposta do sistema Terra nestes dois cenários é diferente. Sendo assim, as atuais simulações do clima no Plioceno Médio apresentam aspectos que divergem do aquecimento do sistema terrestre atual, e, portanto, devem ser usados com cautela como um análogo do clima atual. No entanto, os resultados desta tese destacam as implicações das migrações meridionais da ITCZ para importantes processos associados ao clima do Hemisfério Sul.
 
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Date de Publication
2022-10-18
 
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