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Oscilação de Madden-Julian(MJO)
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MJO – identificada pela 1a. vez em 1971- Influencia o tempo na região tropical desde a escala convectiva até as ciculações de escala planetária
Nesta aula:- Estrutura básica e escala temporal- Mecanismos formadores- Papel da MJO na variabilidade atmosférica e oceanica
IMPORTANCIA DA MJO:
-A predicabilidade nos tropicos é inerentemente “pobre” pois:- vinculos de balanços (tal como o balanço geostrófico) são fracos e- não dominam os movimentos nessa região.
- A previsão diária pode ser melhorada se algum sinal coerente ou condição de balanço possa ser identificada nessa região- A MJO é um modulador do tempo na regiao tropical
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Observações na decada de 70 mostraram que os campos da pressão em superficie e ventos atmosféricos em diversas localidades nos tropicos passavam por um ciclo coerente (chuva/não chuva) em periodos de 30 a 60 dias (ESCALA INTRASAZONAL)
Estrutura espacial e temporal básica da MJO
- tempo está para baixo em intervalos de ~5 dias- convecção aumentada (em grande escala) simbolizado por cúmulos e cumulonimbus- a altura da tropopausa relativa é mostrada no topo de cada painel- anomalias de pressão plotadas na parte inferior de cada imagem- com anomalias negativas (baixa pressão, convecção ) sombreado vermelho. - as células representam circulações anômalas associadas à MJO
Esquema da progressão longitudinal da MJO pelo Oceano Índico e Pacífico
Fase oeste - umida
Fase leste - seca
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Parte de um ciclo da MJOIndicado pelas temperaturas IV de topo e pelas anomalias de potencial de velociade em 200 hPa
- A MJO é um sistema acoplado oceano-atmosfera-Componente atmosférica é caracterizada:- oscilação de propagação para leste do
continente marítimo em torno do equatorem cerca de 5 m s-1
-período de cerca de 30-60 dias- escala espacial: comprimento de 12,000-20,000 km- mais desenvolvidos desde a região sul do Oceano
Índico, indo para leste pela Austrália até o oeste do Oceano Pacíficodurante o verão austral
-A assinatura atmosférica é evidente na:- pressão de superfície- intensidade dos ventos na baixa e alta troposfera- divergência/convergencia na alta e baixa troposfera- indicadores (proxies) de convecção profunda:
umidade relativa do ar, água precipitável ou ROL- não é evidente nos ventos de niveis médios na troposfera
-Componente oceânica do MJO:- oscilação com período um pouco mais de 60-75 dias. - assinatura oceânica evidente na
temperatura da superfície do mar (TSM), a profundidade da camada de mistura, o fluxo de calor latente da superfície, e os campos da tensão superficial do vento.
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-Um “compositie” de 91 MJO eventos observados em Darwin( verão austral de 1957-1978):
-Oscilação com magnitudes da ordem de:- 5 m s-1 no vento zonal- 1 m s-1 no vento meridional- 0.5 K na temperatura- 5 mm dia-1 na precipitação- 10% na umidade relativa
Fig. 5.4. Perfis verticais de temperatura potencial equivalente (θe – temp/vap.) para dois periodos ativos de convecção na monção de verão da Australia (linhas tracejadas) e um periodo de pausa (break), de convecção inativa (linha continua)
≠s
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Representação esquemática da estrutura do vento em grande escala na MJO- A nuvem indica simbolicamente o centro convectivo - As setas representam os ventos anômalos em 850 e 200 hPa e
os movimentos vertical em 500 hPa. - As letras "A" e "C" marcam os centros de circulação anticiclônica e ciclônica, respectivamente. – As Linhas pontilhadas marcam os cavados cristas (Rui e Wang, 1999).
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-A oscilação atmosférica associada com a MJO tem:
- estrutura baroclinica, com aquecimento na alta troposfera e esfriamento proximo à superfície durante a fase oeste (umida), - - com anomalias de oeste se extendendo até 300 hPa.
-consistente com aquecimento por liberação de calor latente na media troposfera(tipico de convecção profunda) e
esfriamento na baixa troposfera pela evaporação da precipitação
- um evento de precipitação antecede a chegada das anomalias de oeste nos ventos em cerca de 4 dias
- esse evento de precipitação corresponde à convergencia intensificada da convecção
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Mecanismos de formação da MJO - Inicialmente: liberação de calor latente na região tropical (Matsuno e Gill mostraram que ondas tropicais poderiam ser forçadas pela convecção – fontes de calor)
-Uma dessas ondas é a ONDA DE KELVIN equatorial ,que se propaga para leste, como a MJO
POREMmuito mais rapida que a MJO (cerca de 12-22 m s-1)circulando o equador em cerca de uma semana ao inves do periodo tipico de 30-60 dias tipicamente associado à MJO
-Essa inconsistencia levou a explorar outras causas.
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Mecanismos de formação da MJO - Mesmo apos 35 anos de estudo , ainda existem duvidas de quais são as forçantes que acionam a MJO
-- duas grande linhas de explicação: forçado
- (1) internamente: a Mjo é responsável por criar sua propria font de energia (processos de retroalimentação)- (2) externamente: outros fenomenos são a causa da MJO - Zhang (2005) faz um review mais completo
REVIEWS OF GEOPHYSICS, VOL. 43, RG2003, 36 PP., 2005doi:10.1029/2004RG000158 - Madden-Julian Oscillation- Chidong Zhang
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Teorias de Forçantes ExternasTeorias propostas para forçantes externas da MJO incluem:
(1)Flutuações intrasazonais da monção de verão da Asia(2)“forçante estocástica” da convecção na região de pico da MJO; e(3)Forçantes de latitudes médias
(1) A teoria das flutuações intrasazonais na monção da Asia depende da interação entre:
a evaporação na superfície, convecção e radiação, levando a uma oscilação estacionária na precipitação da monção
com um período próximo a 50 dias.- Essa oscilação prove o aquecimento convectivo de grande escala nesse período, que pode forçar a MJO, seguindo a ideia que esse aquecimento possa forçar ondas equatorias.POREMNem estudos estatisticos ou de modelagem foram habeis em apoiar essa teoria.
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(2) Convecção local de curta duração foi tambem proposta como um mecanismo que possa gerar energia para manter a MJO.
POREMa escala espacial das ondas geradas por essa
forçante convectiva são muito pequenas para representar diretamente a MJO
Trabalhos recentes sugerem que a convecção pode forçar a MJO indiretamente, “energizando” perturbações em escala sinótica que irão então alimentar a MJO.
Essa teoria ainda está sendo explorada.
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(3) Interação com disturbios de latitudes médias
“ o acoplamento da MJO e de disturbios baroclinicos de lat.medias pode amplificar a MJO”
(fornecer energia para manter a MJO contra outros fatores tais como a fricção)
Dois problemas com essa teoria:- Interações entre os tropicos e lat. edias estão confinados no Pacifico central e leste
(onde a MJO é fraca)-Analises estatisticas desses links não mostram fortes sinais.
-Atualmente essa teoria não tem forte suporte.
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Teorias de Forçantes Internas
Duas teorias atualmente:(1)“wave CISK”; and (2)Retroalimentação de evaporação da superfície (“WISHE”)
Comum às duas teorias:procuram fontes locais de instabilidade que suportem o crescimento dos padrões atmosféricos característicos da MJO
Teorias de Instabilidade para a região tropical se baseiam fortemente em um link com a convecção , já que ela é a maior fonte de instabilidade nessa região
ENTÃOAmbas teorias (onda-CISK e WISHE) se baseiam na geração
de convecção como forçante da MJO
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Teoria onda-CISK básica-Idéia básica da CISK: a convergencia de umidade na camada limite planetaria em uma região de baixa pressão força a convecção a se organizar em mesoescala, ao inves de em nuvens individuais
-- a teoria onda-CISK extende essa ideia ligando a convergencia de umidade na camada limite com a instabilidade em ondas equatoriais Kelvin.
-MAS para fazer ese trabalho na escala da MJO, ao inves das ondas de Kelvin individuais, é necessário mais um passo nessa teoria:- que o transporte de umidade na camada limite tambem se concentra em outras ondas na região. - a fricção causando a convergencia na região tambem precisa agir enfraquecendo ondas menores para essa teoria funcionar.-Estudos observacionais e numéricos tem confirmado os diferentes aspectos dessa teoria MAS alguns cientistas argumentam que a convecção é ligada mais à evaporação local na superfície que ao transporte de outras regiões.-- isso leva ao outro mecanismo forçante interno da MJO:
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(2) WISHE - “Wind Induced Surface Heat Exchange”
-Linka a fonte de evaporação à instabilidade na MJO
-E requer que já exista uma onda de Kelvin com estrutura de escala planetária -E que o vento médio de superfície seja de leste
- POREM, essa combinação de fatores leva a um máximo de evaporação a leste do pico da MJO, ao inves de ser a oeste (como observado)
- Essa diferença entre a teoria e a observação tem que ser explicada antes de que se possa usar para explicar a geração da MJO.
-Apesar disso, alguns cientistas sugerem que a teoria da evaporação da superfície podem ajudar a manter a MJO, mesmo sem gerá-la.
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Papel da MJO na variabilidade atmosférica e oceanica
– disturbio na convecção e na circulação (predominantemente no vento zonal)
- mais proeminente durante o final da primavera e no verão austral
- Se propaga na direção lste, ao longo do equado, através do oceano Indico e o leste do oceano Pacifico, com um periodo aproximado de 30-60 dias.
-A MJO foi inicialmente identificada atraves de filtragem espectral de dados de radiosondas de estações ao redos dos tropicos.
-- Desde então, uma variedade de outras variaveis e abordagens de filtragem foram usadas para refinar a descrição da MJO e explorar sua variabilidade
-- o sinal da MJO não é constante atraves das estações do ano ou de ano a ano.
-- A MJO é mais forte no verão austral (DJF) e em anos neutros de ENSO.
-- A MJO tende a ser suprimida durante eventos fortes de El Nino ou La Nina.
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- A MJO mostra um leque de impactos na atmosfera tropical
- Nos estudos iniciais foi associado a variações locais de precipitação
- modula as fases ativas e de pausa das monçoes Asio-Australiana and Africana
- A passagem da MJO foi associada com o inicio, as fases ativa e paua do sistema de monção Australiana
- Um estudo da variação intrasazonal na convecção tropical em todas as escala de tempo revelou uma hierarquia da atividade convectiva
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- A MJO fornece um “envelope” de convecção aumentada ou diminuida
-Dentro da fase ativa, convecção de escala sinótica (“super aglomerado de nuvens- super cloud clusters” or SCC) se propaga para leste dentro do envelope da MJO, a uma velociade maior que a do envelope.
- cosistente com suas caracteristicas sinoticas, o SCC tem escala espacial de 2000–4000 km e escala temporal de cerca de 10 dias
-Os SCCs são compostos de Complexos Convectivos de Mesoescala (MCCs),
- que são sistemas de tempestades quase-circlares com escalas espaciais de umas poucas centenas de Km e escala tempora de cerca de um dias (esses sistemas são fortemente influenciados pelo ciclo diário)
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Fig. 5.7. Esquema mostrando a variabilidade intrasazonal (ISV; elipses inclinadas) de complexos de nvens de grande-escala. Super aglomerdos de nuvens (SCC; linhas fortes inclinadas) se propagam dentro do ISV. Tanto o ISV e o SCC se propaga para leste. O destaque na direita da figura mostra a estrutura de menor escala da SCC. Aglomerados de nuvens na escala de umas poucas centenas a 1000 Km se propagam para oeste dentro do SCC. Esses aglomerados de nuvens se desenvolvem, ficam maduros e decaem em uns poucos dias.
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- A fase ativa da MJO foi ligada ao aumento da frequencia de ciclones tropicais comparado com a fase inativa-Organização convectiva de mesoescala no Pacifico equatorial oeste aumenta com a passagem da MJO, tal que os CCMs foram evidentes logo antes do maximo da convecção associado com a passsagem da MJO e os ciclones tropicais em seguida.
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Analise do impacto da MJO na atividade de ciclones tropicais no leste do Pacifio e oeste do Atlantico, suas trajetorias e nas anomalias dos ventos em 850 hPa.
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Link da passagem da MJO atraves do Pacifico desenvolvendo intensa precipitação de inverno no oeste da America do Norte.
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Jones and Carvalho (2002)
Modulação da MJO na América do Sul
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IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS
JJA
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IMPACTOS DA MJO NOS PADRÕES DE TEMPO GLOBAL NA ESCALA DE 1-3 SEMANAS
DJF
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http://www.cpc.noaa.gov/products/precip/CWlink/MJO/mjo.shtml
Explore more about the Role of the MJO in Oceanic and Atmospheric Variability in the COMET webcast presented by Dr. Klaus Weickmannhttp://meted.ucar.edu/climate/beyond_mjo/index.htm
LINKS SOBRE MJO
Real-time Multivariative MJO index, Australian BOM,http://cawcr.gov.au/staff/mwheeler/maproom/RMM/
- explore more about the MJO in the COMET webcast, The Madden-Julian Oscillation Life Cycle presented by Dr. Roland Madden, http://www.meted.ucar.edu/climate/mjo/http://www.meted.ucar.ed
Madden-Julian Oscillation Real Time Forecastshttp://www.icess.ucsb.edu/asr/mjo_forecasts.htm