Approved for public release, distribution is unlimited / This study examines Southern Hemisphere mid-latitude wave variations connected to the Antarctic Oscillation (AAO) to establish connections with the 15- to 25-day wave activity in the western North Pacific monsoon trough region. The AAO index defined from the leading empirical orthogonal functions of 700 hPa height anomalies led to seven distinct circulation patterns that vary in conjunction with the 15- to 25-day monsoon trough mode. For nearly one half of the significant events the onset of 15- to 25-day monsoon trough convective activity coincided with a peak negative AAO index and the peak in monsoon trough convection coincided with a peak positive index. The remaining events either occur when the AAO is not significantly varying or when the AAO-related Southern Hemisphere mid-latitude circulations do not match 15- to 25-day transitions. When a significant connection occurs between the Southern Hemisphere mid-latitude circulations related to the AAO and the 15- to 25-day wave activity in the western North Pacific monsoon trough, the mechanism is via equatorward Rossby-wave dispersion. When wave energy flux in the Southern Hemisphere is directed zonally, no connection is established between the AAO and the alternating periods of enhanced and reduced convection in the western North Pacific monsoon trough. / Captain, United States Air Force

Este estudo discute uma climatologia de 59 anos (1949-2007) de bloqueios no Hemisfério Sul (SH) usando dados de altura geopotencial em 500-hPa das reanálises do National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR). A variabilidade espaço-temporal dos eventos de bloqueio e associações com o El Niño/Oscilação do Sul (ENOS) também foram examinadas. Adicionalmente, os bloqueios foram investigados em dois Modelos de Circulação Geral Acoplados Atmosfera-Oceano de clima (MCGAO) do Intergovernamental Painel for Climate Change (IPCC), o ECHAM5/MPI-OM e o MIROC 3.2. Dois cenários simulados foram analisados: O clima do século XX e o cenário de emissão A1B. Os episódios do ENOS foram identificados usando dois métodos. O primeiro foi o Índice Oceânico Mensal do Niño (ONI) do Climate Prediction Center (CPC-NCEP). O segundo método foi baseado em Funções Empíricas Ortogonais (EOF) e foi aplicado nos MCGAOs. Similarmente, também foi examinado a influencia combinada do ENOS e a Oscilação Antártica (AAO) na ocorrência e características dos bloqueios. O índice diário da AAO foi obtido pelo CPC-NCEP. Os índices convencionais de bloqueios detectam principalmente variações longitudinais. Este trabalho propõe um índice de bloqueio que detecta, além de variações longitudinais também as variações latitudinais dos bloqueios. Cinco setores relevantes de bloqueios foram examinados em detalhes: Indico Sudoeste (SB1), Pacífico Sudoeste (SB2), Pacífico Central (SB3), Pacífico Sudeste (SB4) e Atlântico Sudoeste (SB5). Além disso, foram investigados duas grandes regiões do Pacífico Sul: Pacífico Oeste e Pacífico Leste. Foi encontrado que a escala média típica dos eventos de bloqueio varia entre 1,5 e 2,5 dias. Além disso, a duração dos eventos depende da latitude, com eventos de maior duração observados em latitudes mais altas. Diferenças longitudinais estatisticamente significativas na freqüência do escoamento bloqueado foram observadas entre as fases Quente e Neutra do ENOS desde o outono a primavera. Episódios intensos da fase Quente do ENOS (isto é, moderados a fortes) tendem a modificar o local preferencial de bloqueio, mas não a freqüência. Por outro lado, os episódios fracos da fase Quente do ENOS estiveram associados relativamente com alta freqüência. Os Eventos de bloqueio durante o ENOS+ duram, em média, mais um dia relativamente aos episódios Neutros. Em contraste, a fase Fria do ENOS (ENOS-) caracterizou-se pela redução dos eventos de bloqueio sobre o setor do Pacífico Central, exceto durante os meses do verão austral. Entretanto, nenhuma diferença estatisticamente significativa foi detectada na duração dos eventos. Composições de anomalias de vento em 200-hPa indicam que o enfraquecimento (fortalecimento) do jato polar em torno de 60ºS durante a AAO negativa (positiva) em ambas as fases do ENOS tem uma importância significativa no aumento (redução) dos eventos de bloqueio. Um significativo aumento estatístico dos eventos sobre o setor do Pacífico Sudeste foi observado durante a AAO negativa em ambas as fases do ENOS. Ainda, um aumento (redução) dos eventos foi observado sobre a região do Pacífico Oeste na fase negativa (positiva) da AAO durante o ENOS-. Em contraste, durante o ENOS+ não houve diferenças estatisticamente significativas na distribuição longitudinal dos eventos separado de acordo com as fases opostas da AAO, embora haja um aumento (redução) dos eventos da região do Pacífico Oeste para o Pacífico Leste durante a fase negativa (positiva) da AAO. Os MCGAOs simularam corretamente a amplitude do ciclo anual observado. Também, ambos os MCGAOs simularam melhor a duração e o local preferencial do que freqüência. Nenhum MCGAO simulou adequadamente a freqüência durante a fase Neutra do ENOS. O ECHAM5/MPI-OM (rodada 2) mostra um erro sistemático que levam a uma superestimativa na freqüência de eventos sobre o Pacífico Leste durante as fases Neutra e Fria do ENOS. As diferenças entre as duas versões do MIROC 3.2 indicam que a alta resolução nos modelos melhora o desempenho em simular a freqüência de bloqueios. / This study discusses 59-yr climatology (1949-2007) of Southern Hemisphere (SH) blockings using daily 500-hPa geopotential height data from National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR reanalysis. The spatiotemporal variability of blocking events and associations with El Nino/Southern Oscillation (ENSO) are examined. Additionally, blockings were examined in two Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC) Coupled General Circulation Models (CGCM), ECHAM5/MPI-OM and MIROC 3.2. Two sets of simulations were examined: the climate of the 20th century and the A1B emission scenario. ENSO episodes were identified using two methods. The first method was the Monthly Oceanic Niño Index (ONI) from the Climate Prediction Center (CPC-NCEP). The second method was based on Empirical Orthogonal Function (EOF) and was applied to identify ENSO episodes in the CGCMs. Similarly, the combined influence of ENSO and the Antarctic Oscillation (AAO) on the occurrence and characteristics of blockings was also examined. The daily AAO index was obtained from CPC/NCEP. Most conventional blocking indices detect longitudinal variations of blockings. In this study we propose a new blocking index that detects longitudinal and latitudinal variations of blockings. The following relevant sectors of blocking occurrence were identified and examined in detail: Southeast Indian (SB1), Southwest Pacific (SB2), Central Pacific (SB3), Southeast Pacific (SB4) and Southwest Atlantic (SB5) oceans. In addition, we investigated two large regions of South Pacific: West Pacific and East Pacific. We found that the typical timescale of a blocking event is about ~1.5 2.5 days. Nonetheless, the duration of events depends on the latitude, with larger durations observed at higher latitudes. Statistically significant differences in the longitude of blockings are observed between Warm (ENSO+) and Neutral ENSO phases from the Austral fall to spring. Moderate to strong Warm ENSO episodes modulate the preferred locations of blockings but do not play a significant role for variations in their frequency. On the other hand, weak ENOS+ episodes were associated with relatively high frequency of blockings. Blocking events during ENSO+ last on average one more day compared to events that occur during Neutral episodes. In contrast, Cold (ENOS-) ENSO episodes are characterized by a decrease of blockings over the Central Pacific sector, except during the Austral summer months. However, no statistically significant differences are detected in the duration. Composites of 200-hPa zonal wind anomalies indicate that the weakening (strengthening) of the polar jet around 60oS during negative (positive) AAO phases in both ENSO phases plays a major role for the relative increase (decrease) of blocking events. A statistically significant increase of events over Southeast Pacific is observed during negative AAO phases in both ENSO phases. Moreover, an increase (decrease) of events is observed over West Pacific region when negative (positive) AAO phases occur during ENSO-. In contrast, during ENSO+ there is no statistically significant difference in the longitudinal distribution of events separated according to opposite AAO phases, although there is an increase (decrease) in the events from West Pacific region to East Pacific during negative (positive) AAO phase. The CGCMs investigated in this study correctly simulated the amplitude of observed annual cycle of geopotential height in the extratropics. Also, both CGCMs show a better performance in simulating the duration and preferred locations of blockings than their frequency. None of these CGCMs simulated well the frequency during Neutral ENSO phase. The ECHAM5/MPI-OM (run2) shows systematic biases in some regions. For instance, this model overestimates the frequency of blockings over East Pacific region during Cold and Neutral ENSO phases. The differences between the two versions of MIROC 3.2 indicate that the increase in resolution improves the performance of the model in simulating the frequency of blockings.

Este estudo discute uma climatologia de 59 anos (1949-2007) de bloqueios no Hemisfério Sul (SH) usando dados de altura geopotencial em 500-hPa das reanálises do National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR). A variabilidade espaço-temporal dos eventos de bloqueio e associações com o El Niño/Oscilação do Sul (ENOS) também foram examinadas. Adicionalmente, os bloqueios foram investigados em dois Modelos de Circulação Geral Acoplados Atmosfera-Oceano de clima (MCGAO) do Intergovernamental Painel for Climate Change (IPCC), o ECHAM5/MPI-OM e o MIROC 3.2. Dois cenários simulados foram analisados: O clima do século XX e o cenário de emissão A1B. Os episódios do ENOS foram identificados usando dois métodos. O primeiro foi o Índice Oceânico Mensal do Niño (ONI) do Climate Prediction Center (CPC-NCEP). O segundo método foi baseado em Funções Empíricas Ortogonais (EOF) e foi aplicado nos MCGAOs. Similarmente, também foi examinado a influencia combinada do ENOS e a Oscilação Antártica (AAO) na ocorrência e características dos bloqueios. O índice diário da AAO foi obtido pelo CPC-NCEP. Os índices convencionais de bloqueios detectam principalmente variações longitudinais. Este trabalho propõe um índice de bloqueio que detecta, além de variações longitudinais também as variações latitudinais dos bloqueios. Cinco setores relevantes de bloqueios foram examinados em detalhes: Indico Sudoeste (SB1), Pacífico Sudoeste (SB2), Pacífico Central (SB3), Pacífico Sudeste (SB4) e Atlântico Sudoeste (SB5). Além disso, foram investigados duas grandes regiões do Pacífico Sul: Pacífico Oeste e Pacífico Leste. Foi encontrado que a escala média típica dos eventos de bloqueio varia entre 1,5 e 2,5 dias. Além disso, a duração dos eventos depende da latitude, com eventos de maior duração observados em latitudes mais altas. Diferenças longitudinais estatisticamente significativas na freqüência do escoamento bloqueado foram observadas entre as fases Quente e Neutra do ENOS desde o outono a primavera. Episódios intensos da fase Quente do ENOS (isto é, moderados a fortes) tendem a modificar o local preferencial de bloqueio, mas não a freqüência. Por outro lado, os episódios fracos da fase Quente do ENOS estiveram associados relativamente com alta freqüência. Os Eventos de bloqueio durante o ENOS+ duram, em média, mais um dia relativamente aos episódios Neutros. Em contraste, a fase Fria do ENOS (ENOS-) caracterizou-se pela redução dos eventos de bloqueio sobre o setor do Pacífico Central, exceto durante os meses do verão austral. Entretanto, nenhuma diferença estatisticamente significativa foi detectada na duração dos eventos. Composições de anomalias de vento em 200-hPa indicam que o enfraquecimento (fortalecimento) do jato polar em torno de 60ºS durante a AAO negativa (positiva) em ambas as fases do ENOS tem uma importância significativa no aumento (redução) dos eventos de bloqueio. Um significativo aumento estatístico dos eventos sobre o setor do Pacífico Sudeste foi observado durante a AAO negativa em ambas as fases do ENOS. Ainda, um aumento (redução) dos eventos foi observado sobre a região do Pacífico Oeste na fase negativa (positiva) da AAO durante o ENOS-. Em contraste, durante o ENOS+ não houve diferenças estatisticamente significativas na distribuição longitudinal dos eventos separado de acordo com as fases opostas da AAO, embora haja um aumento (redução) dos eventos da região do Pacífico Oeste para o Pacífico Leste durante a fase negativa (positiva) da AAO. Os MCGAOs simularam corretamente a amplitude do ciclo anual observado. Também, ambos os MCGAOs simularam melhor a duração e o local preferencial do que freqüência. Nenhum MCGAO simulou adequadamente a freqüência durante a fase Neutra do ENOS. O ECHAM5/MPI-OM (rodada 2) mostra um erro sistemático que levam a uma superestimativa na freqüência de eventos sobre o Pacífico Leste durante as fases Neutra e Fria do ENOS. As diferenças entre as duas versões do MIROC 3.2 indicam que a alta resolução nos modelos melhora o desempenho em simular a freqüência de bloqueios. / This study discusses 59-yr climatology (1949-2007) of Southern Hemisphere (SH) blockings using daily 500-hPa geopotential height data from National Center for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR reanalysis. The spatiotemporal variability of blocking events and associations with El Nino/Southern Oscillation (ENSO) are examined. Additionally, blockings were examined in two Intergovernmental Panel for Climate Change (IPCC) Coupled General Circulation Models (CGCM), ECHAM5/MPI-OM and MIROC 3.2. Two sets of simulations were examined: the climate of the 20th century and the A1B emission scenario. ENSO episodes were identified using two methods. The first method was the Monthly Oceanic Niño Index (ONI) from the Climate Prediction Center (CPC-NCEP). The second method was based on Empirical Orthogonal Function (EOF) and was applied to identify ENSO episodes in the CGCMs. Similarly, the combined influence of ENSO and the Antarctic Oscillation (AAO) on the occurrence and characteristics of blockings was also examined. The daily AAO index was obtained from CPC/NCEP. Most conventional blocking indices detect longitudinal variations of blockings. In this study we propose a new blocking index that detects longitudinal and latitudinal variations of blockings. The following relevant sectors of blocking occurrence were identified and examined in detail: Southeast Indian (SB1), Southwest Pacific (SB2), Central Pacific (SB3), Southeast Pacific (SB4) and Southwest Atlantic (SB5) oceans. In addition, we investigated two large regions of South Pacific: West Pacific and East Pacific. We found that the typical timescale of a blocking event is about ~1.5 2.5 days. Nonetheless, the duration of events depends on the latitude, with larger durations observed at higher latitudes. Statistically significant differences in the longitude of blockings are observed between Warm (ENSO+) and Neutral ENSO phases from the Austral fall to spring. Moderate to strong Warm ENSO episodes modulate the preferred locations of blockings but do not play a significant role for variations in their frequency. On the other hand, weak ENOS+ episodes were associated with relatively high frequency of blockings. Blocking events during ENSO+ last on average one more day compared to events that occur during Neutral episodes. In contrast, Cold (ENOS-) ENSO episodes are characterized by a decrease of blockings over the Central Pacific sector, except during the Austral summer months. However, no statistically significant differences are detected in the duration. Composites of 200-hPa zonal wind anomalies indicate that the weakening (strengthening) of the polar jet around 60oS during negative (positive) AAO phases in both ENSO phases plays a major role for the relative increase (decrease) of blocking events. A statistically significant increase of events over Southeast Pacific is observed during negative AAO phases in both ENSO phases. Moreover, an increase (decrease) of events is observed over West Pacific region when negative (positive) AAO phases occur during ENSO-. In contrast, during ENSO+ there is no statistically significant difference in the longitudinal distribution of events separated according to opposite AAO phases, although there is an increase (decrease) in the events from West Pacific region to East Pacific during negative (positive) AAO phase. The CGCMs investigated in this study correctly simulated the amplitude of observed annual cycle of geopotential height in the extratropics. Also, both CGCMs show a better performance in simulating the duration and preferred locations of blockings than their frequency. None of these CGCMs simulated well the frequency during Neutral ENSO phase. The ECHAM5/MPI-OM (run2) shows systematic biases in some regions. For instance, this model overestimates the frequency of blockings over East Pacific region during Cold and Neutral ENSO phases. The differences between the two versions of MIROC 3.2 indicate that the increase in resolution improves the performance of the model in simulating the frequency of blockings.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_maria_arita_garcia.pdf: 8113106 bytes, checksum: fba0a4bf56d450b9bee5e250f53be0b8 (MD5) Previous issue date: 2011-02-18 / This research aims to analyze the monthly variations of rainfall in Rio Grande do Sul (RS) relating to monthly changes in the average thickness of the troposphere (700mb) at the bottom of the Southern Hemisphere, which is centered in the region of Antarctica. Monthly anomalies of atmospheric thickness have been represented by principal oscillation pattern that is called the Arctic Oscillation Index. This study is important because RS has played an important role in national agricultural production, and the variable rainfall has been identified as a key role in the productivity of different regional cultures. During the study, monthly rainfall data from 32 meteorological stations in RS has been used, which has been correlated with the Arctic Oscillation Index. The Arctic Oscillation Index has been obtained directly from Climate Prediction Center and the study period has been from 1979 to 2008 and, the correlations between the monthly rainfalls have been tested considering the time lags of index 0, -1, -2, -3 months. The results of the climatology have showed that rainfall in these last three decades have presented patterns and distributed monthly throughout the year and lower values to the south and higher to the north and northwest. The largest temporal gradient in RS has occurred between the months of October and November, with their maximum and minimum respectively. The Antarctic Oscillation Index has had its greatest variations in the middle of winter and the smallest variations in late summer. The more significant correlations of rainfall in RS and the index have been mostly reversed (by the way the index is built). The highest correlation has been between the rainfall for the month of May and the index also the month of May especially in the northern half of the RS. In the southern half of RS, the changes in the index in March have shown a higher correlation considering rainfall in March and April. The highest correlations in the northwestern part of RS have been happening between the rainfall of November and November Index and the central region of RS has been showing significant correlations in December with the index in November. Among the best results (the highest correlations) it has been highlighted those correlations of the months of March, April and May. From the average rate for the quarter, the extremes of the index have been identified and climatologies of rainfall have been calculated for the two groups (six negative extreme cases and six positive extreme cases). During the negative rainfall period, the index of quarterly rainfall has been exceeding by up to 50% the positive rainfall period, mainly in the south and west of RS. The negative period has been associated to the intensification of high polar consequently it has also been associated to the intensification of the polar jet, thus the most organized cold fronts pass through the RS, while in positive periods the weakening of the high polar and changes in zonal flow of the subtropical jet have been happening, reducing the intensity of cold fronts. / Esta pesquisa tem por objetivo analisar as variações mensais da precipitação no Rio Grande do Sul (RS) e suas relações com as variações mensais da espessura da camada média da troposfera (700mb) na parte inferior do Hemisfério Sul, centrada na região da Antártica. As Anomalias mensais da espessura atmosférica são representadas pelo padrão de oscilação principal, denominado de Índice AAO (Arctic Oscillation Index). A importância deste estudo justifica-se pelo RS ter um papel importante na produção agrícola nacional, sendo a variável precipitação apontada como fator fundamental na produtividade de diversas culturas regionais. Na pesquisa foram utilizados dados de precipitação mensal de 32 estações meteorológicas no RS, as quais foram correlacionadas com o índice AAO. O índice AAO foi obtido diretamente CPC (Climate Prediction Center) e o período de estudo foram de 1979 a 2008, sendo que as correlações entre as precipitações mensais do RS foram testadas com defasagens temporais do índice de 0, -1, -2, -3 meses. Os resultados da climatologia mostram que a precipitação nestas ultimas 3 décadas apresentaram padrões mensais bem distribuídos ao longo do ano, com menores valores ao sul e maiores ao norte e noroeste. O maior gradiente temporal no RS ocorre entre os meses de outubro e novembro, com seus máximos e mínimos respectivamente. O Índice de Oscilação Antártica tem suas maiores variações no meio do inverno e as menores variações no final de verão. As correlações mais significativas da precipitação no RS e o índice foram predominantemente inversas (pela forma como foi construído o índice). As maiores correlações foram entre as precipitações do mês de maio e o Índice também do mês de maio, especialmente na metade norte do RS. Na metade sul do RS, as variações do Índice no mês de março apresentam alta correlação com as precipitações de março e de abril. A parte noroeste do RS as maiores correlações foram entre as precipitações de novembro e o Índice de novembro, Na região central do RS apresentam correlações significativas em dezembro com o Índice de novembro. Entres os melhores resultados (maiores correlações) destacam-se as correlações nos meses de março, abril e maio. A partir do índice médio deste trimestre foram identificados os casos extremos do índice e calculado as climatologias das precipitações para os dois grupos (6 casos extremos negativos e 6 casos extremos positivos). A climatologia mostra que para o período negativo do índice a precipitação acumulada trimestral supera em até 50% a do período positivo, principalmente no sul e oeste do RS. O período negativo está associado à intensificação da alta polar, conseqüentemente intensificação o jato polar e frentes frias mais organizadas passam pelo RS, enquanto que nos períodos positivos ocorre enfraquecimento da alta polar e alteração no fluxo zonal do jato subtropical, reduzindo a intensidade das frentes frias.

Validation of the Regional Climate Model HIRHAM with measurements, especially from radiosondes and GPS-signal-retrieval. Analysis of synoptical structures in Antarctica and comparison of the precipitation in different phases of the Antarctic Oscillation.

Validation of the Regional Climate Model HIRHAM with measurements, especially from radiosondes and GPS-signal-retrieval. Analysis of synoptical structures in Antarctica and comparison of the precipitation in different phases of the Antarctic Oscillation.

Em escalas interanuais a advecção de calor, sal e nutrientes pode afetar a produtividade primária. Pode-se citar a Circulação de Revolvimento Meridional (MOC) no impacto da concentração de clorofila. Neste estudo, a partir do método Multidimensional Empirical Mode Decomposition foram obtidos tendências decadais de PAR, nitrato integrado na coluna d\'água, concentração de clorofila e fluxo de volume da MOC. Em variações de baixa frequência há uma relação entre o transporte de volume da MOC com o nitrato integrado na coluna d\'água no Atlântico Sul, e consequentemente, na concentração de clorofila. Dois possíveis cenários foram identificados sobre o efeito da MOC no nitrato integrado e na concentração de clorofila. O cenário 1 apresenta uma relação direta no sistema MOC-nitrato integrado-concentração de clorofila, enquanto o efeito do cenário 2 é indireto, com a MOC afetando outras variáveis que perturbam o sistema. Neste estudo também foi analisado a influência de teleconexões atmosféricas na MOC do Atlântico Sul. Foi achado indícios da influência da Oscilação Antártica na MOC do Atlântico Sul em escalas decadais. Conclui-se que variações de baixa frequência no fluxo de volume da MOC alteram o padrão espaço-temporal da concentração de clorofila no Atlântico Sul. / On interannual timescales the advection of heat, salt and nutrients can affect the primary production. The influence of the Meridional Overturning Circulation (MOC) over the chlorophyll concentration can be mentioned. In this study, decadal trends of PAR, integrated nitrate over the water column, chlorophyll and volume flux of the MOC were obtained using the Multidimensional Empirical Mode Decomposition method. On low frequency variations there is a relationship between the MOC volume transport with integrated nitrate over the water column in the South Atlantic, and therefore, on chlorophyll concentration. Two scenarios were identified as possible mechanisms of influence of the MOC over integrated nitrate and chlorophyll concentrations. Scenario 1 presents a direct relationship on the system MOC-integrated nitrate-chlorophyll concentration, while scenario 2 has an indirect effect, with the MOC affecting other variables that disturb the system. In this study the influence of atmospheric teleconnections on the South Atlantic MOC were also investigated. It was found evidence that the Antarctic Oscillation can affect the South Atlantic MOC on decadal timescales. It was concluded that low frequency variability on the volume flux of the MOC can alter the spatiotemporal pattern of the chlorophyll concentration on the South Atlantic.