A formação de águas profundas na Antártica afeta diretamente o clima global, uma vez que este processo conecta os ramos superior e inferior da circulação termohalina global (MOC). Avaliar os impactos das mudanças climáticas nestes processos é importante para compreensão do transporte global de calor pelos oceanos e para realização de projeções climáticas. Aplicando a forçante interanual Coordinated Ocean-Ice Reference (CORE), foi realizada uma simulação de 60 anos (1948-2007) utilizando o ROMS com módulos de gelo marinho e plataforma de gelo ativos. Uma rodada preliminar de 100 anos foi realizada com forçante do ano normal CORE, para gerar campos estáveis de inicialização da rodada interanual. Para ambos os experimentos adotou-se uma grade circumpolar periódica com resolução variável, alcançando cerca de 5 km na borda sul. Para investigar as massas de água foi aplicada a Análise Multiparamétrica Ótima - OMP. As principais massas de água do Mar de Ross foram identificadas: Água de Superfície Antártica (AASW), Água Circumpolar Profunda (CDW), Água de Fundo Antártica (AABW) e Água de Plataforma (SW), posteriormente separadas em Água da Plataforma de Gelo (ISW) e Água de Plataforma de Alta Salinidade (HSSW). Os resultados são consistentes com observações prévias (Bergamasco, 2002; Orsi & Wiederwohl, 2009; Budillon, 2011). A simulação interanual sugere que o Oceano Austral vem sofrendo um processo de aquecimento e diminuição de salinidade. Houve um aumento do calor advectado pela CDW e uma diminuição da salinidade das águas de plataforma e da AABW, consistente com as observações de Johnson & Doney (2006). A capacidade do modelo regional ROMS de reproduzir as águas de plataforma ISW, HSSW e a AABW é uma importante contribuição para estudos climáticos, visto que os modelos globais não conseguem representar tais processos. A inclusão de parametrizações explícitas dos processos de gelo marinho e plataforma de gelo capacita o ROMS para reproduzir os processos associados a criosfera, possibilitando a obtenção de projeções mais realísticas. / Dense water formation around Antarctica is recognized as a significant process that significantly impacts the global climate, since that\'s where the linkage between the upper and lower limbs of Global Thermohaline Circulation takes place. Assessing whether these processes may be affected by rapid climate changes and all the eventual feedbacks is crucial to fully understand the ocean heat transport and to provide quality future climate projections. Applying the Coordinated Ocean-Ice Reference (CORE) interannual forcing we have run a 50-year simulation (1948-2007) using ROMS with a new sea ice/ice shelf thermodynamics module. Another 100-year simulation forced with CORE normal year was previously run to provide stable starting fields. The normal year consists of single annual cycle of all the data that are representative of climatological conditions over decades and can be applied repeatedly for as many years of model integration as necessary. The 60-year forcing has interannually varying data from 1948 to 2007, which allows validation of model output with ocean observations. Both experiments employed a periodic circumpolar variable resolution grid reaching less than 5 km at the southern border. By applying the OMP water masses separating scheme, we were able to identify the main Ross Sea water masses: Antarctic Surface Water (AASW), Circumpolar Deep Water (CDW), Antarctic Bottom Water (AABW) and Shelf Water (SW), further separated into Ice Shelf Water (ISW) and High Salinity Shelf Water (HSSW). Results are consistent with previous observational studies (Bergamasco, 2002; Orsi & Wiederwohl, 2009; Budillon, 2011). The interannual simulation indicates that the Southern Ocean is becoming warmer and less salty. The CDW poleward heat transport increased while shelf waters salinity as well as the AABW salinity decreased during the simulation period, consistent with Johnson & Doney (2006), who have reported the export of less dense AABW. ROMS capability to represent ISW, HSSW and AABW is an important contribution to climate studies, since IPCC class models seem unable to provide reliable representations of such important processes, which may lead to projections of more realistic scenarios. This is significantly improved in this study by including more explicit sea ice/ice shelf parameretization. ROMS is able to reproduce cryosphere-linked mechanisms of dense water formation around Antarctica.

O sistema atmosfera-gelo marinho é complexo e fortemente acoplado. Em uma região de transição entre a cobertura de gelo marinho e o mar aberto a interação entre esse sistema é particularmente intensa, sendo significativa o suficiente para influenciar a circulação atmosférica de grande escala e a distribuição de gelo marinho. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi analisar as interações entre os ciclones extratropicais e a variabilidade extrema do gelo marinho nos setores dos mares de Bellingshausen-Amundsen (MBA) e do mar de Weddell (MW), no período de verão e inverno austral entre 1989 e 2007. Foram utilizados dados de extensão de gelo marinho do NSIDC/NASA; campos atmosféricos da superfície até os altos níveis da troposfera das reanálises do ERA-Interim (ECMWF); composição de imagens de satélite do canal infravermelho do SSEC; Índice de Niño Oceânico do CPC/NOAA. As anomalias de alta frequência (período de 2-10 dias) e interanual (período maior que 370 dias) foram obtidas aplicando-se a transformada rápida de Fourier nas séries temporais (1989-2007). Os extremos de gelo marinho foram obtidos através do primeiro e terceiro quartil da distribuição dos dados. As características da circulação atmosférica de alta frequência e interanual associadas aos eventos extremos negativos (ENGM) e positivos (EPGM) de gelo marinho, na mesma escala de tempo, foram obtidas através de composições defasadas das anomalias dos campos atmosféricos. Para evidenciar e exemplificar os padrões encontrados nas composições de alta frequência apresenta-se uma análise sinótica de estudo de casos para o setor dos MBA durante o inverno austral, em eventos ENGM e EPGM, separando os casos em fases distintas do fenômeno tropical El Niño. Foi utilizada a estatística de ciclones do Automatic Cyclone Tracking, da Universidade de Melbourne, para analisar a ocorrência de ciclones associados aos períodos de mínima e máxima extensão de gelo marinho na escala interanual. Os resultados mostram que no verão e inverno austral, os eventos ENGM de alta frequência no setor dos MBA e do MW estão associados com as anomalias dos campos atmosféricos, na mesma escala temporal, que se assemelham a um trem de ondas ocorrido a partir de três dias anteriores ao evento extremo. A anomalia ciclônica no oeste e a anomalia anticiclônica no leste do setor resultam em uma anomalia de ventos de norte e, consequentemente, a anomalias positivas de temperatura do ar. Essa configuração anômala contribui para os eventos ENGM através do derretimento do gelo marinho e do seu próprio transporte em direção às latitudes maiores pelos ventos de norte anômalos. As anomalias de alta frequência dos campos atmosféricos em todos os casos (composições defasadas) de eventos EPGM apresentam fases opostas em relação aos eventos ENGM. Portanto, fases distintas do trem de ondas induzem na modulação de extremos de gelo marinho opostos. Em relação às análises sinóticas dos eventos ENGM e EPGM em fases distintas do fenômeno El Niño, verificou-se que em períodos de El Niño há uma intensificação do jato subtropical e um enfraquecimento do jato polar no Pacífico Sul. Há uma menor atuação dos ciclones extratropicais, predominando o sistema de cristas e cavados. Na fase de La Niña há um reforço do jato polar e uma intensa atividade ciclônica sobre os MBA. No evento ENGM (EPGM) há uma associação entre os ventos de norte (de sul) com a vanguarda (retaguarda) dos sistemas ciclônicos em superfície. Na fase Neutra verificou-se uma intensificação do jato polar e uma atuação do sistema de cristas/cavados e de sistemas ciclônicos em superfície. Na análise da influência da circulação atmosférica interanual na variabilidade extrema do gelo marinho, na mesma escala de tempo, observou-se que a fase quente (fria) do ENSO provavelmente está associada com eventos ENGM (EPGM) nos MBA e com eventos EPGM (ENGM) no MW. Sobre a influência da variabilidade interanual da extensão do gelo marinho na atividade ciclônica, nas composições de anomalias interanuais de PNMM em relação aos eventos ENGM nos MBA (lag = 0) no verão, há um predomínio de anomalias positivas de pressão ao nível médio do mar (PNMM) sobre grande parte do Oceano Austral, o que contribuiria para uma menor profundidade e raio dos sistemas em superfície. Já em relação aos eventos ENGM no MW, verifica-se que no lag = 0 há um predomínio de anomalias negativas de PNMM no Oceano Austral, o que contribuiria para um aumento da profundidade e raio dos ciclones. / The sea ice-atmosphere system is complex and tightly coupled. In a transition region between the coverage of sea ice and open ocean the interaction between this system is particularly intense, being significant enough to influence large-scale atmospheric circulation and sea ice distribution. Thus, the main objective of this study was to analyze the interactions between extratropical cyclones and extreme variability of sea ice in the sectors of the Bellingshausen-Amundsen Seas (BAS) and the Weddell Sea (WS), in the period of austral summer and winter between 1989 and 2007. We used sea ice extent data from NSIDC/NASA; atmospheric fields (surface to higher tropospheric levels) from ERA-Interim reanalysis; SSEC IR satellite image composition; and the Oceanic Niño Index CPC/NOAA. Anomalies of high-frequency (2-10 days) and interannual (longer than 370 days) were obtained by applying a fast Fourier transform in the time series (1989-2007). The extremes of sea ice were obtained from the first and third quartile of the data distribution. The characteristics of high-frequency atmospheric circulation and interannual associated with negative (NESI) and positive (PESI) extreme events of sea ice at the same time scale, were obtained from the lagged composites of the anomalies of atmospheric fields. To highlight and illustrate the patterns found in the composites of high frequency presents a synoptic analysis of case studies for the sector of the BAS during the austral winter at NESI and PESI events, separating the cases in different stages of the tropical El Niño phenomenon. Was used a statistical cyclone of Automatic Cyclone Tracking, from University of Melbourne, to analyze the occurrence of cyclones associated with periods of minimum and maximum extent of sea ice in the interannual scale. The results show that in the austral summer and winter, the NESI events of high frequency in the sector of the BAS and the WS are associated with the anomalies of atmospheric fields in the same timescale that resemble a wave train occurring from three days before the extreme event. The cyclonic anomaly in the west and anticyclonic anomaly in the east sector result in an anomaly of north winds and, consequently, the positive anomalies of air temperature. This anomalous configuration contributes for events NESI by sea ice melting and its own transport to higher latitudes by anomalous north winds. Synoptic atmospheric fields anomalies, in all PESI event cases are in opposite phases to NESI events. Therefore, different phases of the circumpolar wave train induce modulation of concurrent sea ice extremes. Regarding the synoptic analysis of events NESI and PESI in different phases of El Niño, it was found that during periods of El Niño it has a strengthening of the subtropical jet and a weakening of the polar jet in the South Pacific. There is less activity of extratropical cyclones, and the predominant system of ridge and troughs. In the La Niña case studies, has a strengthening of the polar jet and an intense cyclonic activity over the BAS. In the NESI (PESI) event there is an association between the north (south) winds at the vanguard (rear) of the cyclone systems at surface. In the Neutral phase case studies, there is an intensification of the polar jet and performance of the system of ridge/troughs and cyclonic systems at surface. In the analysis of the influence of interannual atmospheric circulation on extreme variability of sea ice, at the same time scale, it was observed that the warm (cold) phase of ENSO are probably associated with NESI (PESI) events at BAS and with PESI (NESI) events in the WS. On the influence of interannual variability of sea ice extent in the cyclonic activity, in the composites of interannual anomalies of mean sea level pressure (MSLP) in relation to NESI events in the BAS (lag = 0) in the summer, there is a predominance of positive anomalies of MSLP over much of the Southern Ocean, which would contribute to a lower depth and radius of the surface systems. In relation to NESI events in WS, it appears that in the lag = 0 there is a predominance of negative anomalies of MSLP in the Southern Ocean, which would contribute to an increase in depth and radius cyclones.

Este trabalho apresenta uma investigação da interação entre o gelo marinho Antártico e o setor austral e sudoeste do Atlântico Sul. Para realizar este estudo foram utilizados dados de satélite da concentração do gelo marinho e o modelo numérico acoplado do NCAR (Nacional Center for Atmospheric Research) o CCSM3 (Community Climate System Model) versão 3. O CCSM3 foi integrado por 150 anos em 3 diferentes simulações. Estas foram forçadas com as climatologias prescritas da concentração de gelo máximo (MAX), mínimo (MIN) e médio (controle) com o objetivo de avaliar o impacto das mudanças do gelo marinho Antártico no Mar de Weddell e na região da Confluência Brasil-Malvinas (CBM). Este estudo enfatiza a interação das escalas de tempo anual, interanual a decadal. A metodologia empregada nesta pesquisa inclue as análises de correlação e espectral, bem como as técnicas estatísticas de funções ortogonais empíricas (EOF) e decomposição de valores singulares (SVD). O comportamento climático das variáveis oceânicas apresentou sensibilidade às diferentes concentrações de gelo marinho Antártico. A variabilidade das anomalias de TSM e SSM mostraram para o experimento MIN padrões espaciais que caracterizam um regime frio do Giro de Weddell, associado a menor intrusão da CDW. A resposta da variabilidade da temperatura, entre os cenários de gelo MAX e MIN, para a região da CBM sugere que menores concentrações de gelo marinho Antártico intensificam as anomalias de TSM desta região, com periodicidade interanual de 2-3 anos e decadal de 25 anos. A circulação oceânica, em ambas as regiões analisadas, associada a fase positiva da SAM se intensifica devido a influência das menores concentrações de gelo marinho. / In this work the interaction between Antarctic sea-ice and the South Atlantic ocean (austral and southwestern sectors) is investigated. To accomplish this satellite-observed sea-ice concentration (SIC) and a coupled model from NCAR-CCSM3 (National Center for Atmospheric Research - Community Climate System Model version 3) were employed. Three 150-year simulations, one each with the maximum (MAX), minimum (MIN) and average (control) SIC prescribed climatologies, were used to drive the CCSM3 run. The goal of the research is to evaluate the Weddell Sea and Brazil-Malvinas confluence (BMC) response to observed extremes in Antarctic sea-ice. This study focuses on annual, interannual and decadal timescales. The applied methodology uses correlation and spectrum analyses, as well as Empirical Orthogonal Functions (EOF) and Singular Value Decomposition (SVD). The annual mean behavior of oceanic variables showed sensibility to Antarctic sea-ice changes. The variability of SST and SSS anomalies showed for the sea-ice MIN experiment a spatial pattern that characterizes the cold regime of the Weddell Gyre, associate with low CDW intrusion. The response of the temperature variability, between sea-ice MAX and MIN scenarios, for the BMC region suggests that less Antarctic sea-ice produces a SST anomaly intensification in this region with a interannual cycle of the 2-3year and decadal cycle of the 25-year. The oceanic circulation in both study regions, related to positive SAM events, showed a intensification to less SIC influence.

A formação de águas profundas na Antártica afeta diretamente o clima global, uma vez que este processo conecta os ramos superior e inferior da circulação termohalina global (MOC). Avaliar os impactos das mudanças climáticas nestes processos é importante para compreensão do transporte global de calor pelos oceanos e para realização de projeções climáticas. Aplicando a forçante interanual Coordinated Ocean-Ice Reference (CORE), foi realizada uma simulação de 60 anos (1948-2007) utilizando o ROMS com módulos de gelo marinho e plataforma de gelo ativos. Uma rodada preliminar de 100 anos foi realizada com forçante do ano normal CORE, para gerar campos estáveis de inicialização da rodada interanual. Para ambos os experimentos adotou-se uma grade circumpolar periódica com resolução variável, alcançando cerca de 5 km na borda sul. Para investigar as massas de água foi aplicada a Análise Multiparamétrica Ótima - OMP. As principais massas de água do Mar de Ross foram identificadas: Água de Superfície Antártica (AASW), Água Circumpolar Profunda (CDW), Água de Fundo Antártica (AABW) e Água de Plataforma (SW), posteriormente separadas em Água da Plataforma de Gelo (ISW) e Água de Plataforma de Alta Salinidade (HSSW). Os resultados são consistentes com observações prévias (Bergamasco, 2002; Orsi & Wiederwohl, 2009; Budillon, 2011). A simulação interanual sugere que o Oceano Austral vem sofrendo um processo de aquecimento e diminuição de salinidade. Houve um aumento do calor advectado pela CDW e uma diminuição da salinidade das águas de plataforma e da AABW, consistente com as observações de Johnson & Doney (2006). A capacidade do modelo regional ROMS de reproduzir as águas de plataforma ISW, HSSW e a AABW é uma importante contribuição para estudos climáticos, visto que os modelos globais não conseguem representar tais processos. A inclusão de parametrizações explícitas dos processos de gelo marinho e plataforma de gelo capacita o ROMS para reproduzir os processos associados a criosfera, possibilitando a obtenção de projeções mais realísticas. / Dense water formation around Antarctica is recognized as a significant process that significantly impacts the global climate, since that\'s where the linkage between the upper and lower limbs of Global Thermohaline Circulation takes place. Assessing whether these processes may be affected by rapid climate changes and all the eventual feedbacks is crucial to fully understand the ocean heat transport and to provide quality future climate projections. Applying the Coordinated Ocean-Ice Reference (CORE) interannual forcing we have run a 50-year simulation (1948-2007) using ROMS with a new sea ice/ice shelf thermodynamics module. Another 100-year simulation forced with CORE normal year was previously run to provide stable starting fields. The normal year consists of single annual cycle of all the data that are representative of climatological conditions over decades and can be applied repeatedly for as many years of model integration as necessary. The 60-year forcing has interannually varying data from 1948 to 2007, which allows validation of model output with ocean observations. Both experiments employed a periodic circumpolar variable resolution grid reaching less than 5 km at the southern border. By applying the OMP water masses separating scheme, we were able to identify the main Ross Sea water masses: Antarctic Surface Water (AASW), Circumpolar Deep Water (CDW), Antarctic Bottom Water (AABW) and Shelf Water (SW), further separated into Ice Shelf Water (ISW) and High Salinity Shelf Water (HSSW). Results are consistent with previous observational studies (Bergamasco, 2002; Orsi & Wiederwohl, 2009; Budillon, 2011). The interannual simulation indicates that the Southern Ocean is becoming warmer and less salty. The CDW poleward heat transport increased while shelf waters salinity as well as the AABW salinity decreased during the simulation period, consistent with Johnson & Doney (2006), who have reported the export of less dense AABW. ROMS capability to represent ISW, HSSW and AABW is an important contribution to climate studies, since IPCC class models seem unable to provide reliable representations of such important processes, which may lead to projections of more realistic scenarios. This is significantly improved in this study by including more explicit sea ice/ice shelf parameretization. ROMS is able to reproduce cryosphere-linked mechanisms of dense water formation around Antarctica.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Recentes observações satelitais têm demonstrado um aumento na extensão total do gelo marinho Antártico e redução do gelo marinho no Ártico. Apesar destas constatações, no Oceano Sul análises regionais apontam tendências negativas nos mares de Bellingshausen-Amundsen e positivas no mar de Ross, enquanto que para o Ártico ocorrer uma redução uniforme do gelo marinho. Neste estudo, foi realizada uma análise multivariada para identificar as mudanças na extensão do gelo marinho Antártico e Ártico em resposta à variabilidade de um conjunto de forçantes/parâmetros/índices climáticos de reconhecida importância em escala global. Especificamente, as associações entre o gelo marinho e os parâmetros e forçantes climáticos foram examinadas através da correlação linear e da análise de agrupamento. Diferentes respostas em diferentes setores foram examinadas e discutidas. Os resultados indicam que a variabilidade do gelo marinho Antártico e Ártico é um fenômeno multivariado e que a extensão de gelo marinho mínima, média e máxima podem apresentar diferentes padrões espaciais e responderem a diferentes conjuntos de parâmetros e forçantes climáticos. Foi identificado um significativo impacto de forçantes/parâmetros/índices climáticos sobre o gelo marinho no Oeste Antártico. No hemisfério Norte o aumento da temperatura média global e do CO2 atmosférico são os principais responsáveis pela redução na extensão do gelo marinho. / Recent satellite observations have shown an increase in the total extent of Antarctic sea ice and a reduction of sea ice in the Arctic. Despite these findings, regional analyses in the Southern Ocean indicates negative trends in the Bellingshausen-Amundsen Sea and positive trends in the Ross Sea, while in the Arctic seems to occur a uniform reduction of sea ice. In this study, mutivariate analysis was performed to identify changes in Antarctic sea ice in response to changes in a set of climate forcings/parameters/indices. More specifically, the relationships between sea ice and climate forcings and parameters were examined by linear correlation and cluster analysis. Different responses in different sectors were examined and discussed. The findings indicate that Antarctic sea ice variability is a multivariate phenomenon and that the minimum, maximum, and mean sea ice extent depicts different spatial pattern and may respond to a different set of climate forcings/parameters/indices. A significant impact of climate forcings/parameters/indices occurs over western Antarctic. In the northern hemisphere the increase in global mean temperature and atmospheric CO2 seems to be the major responsible for the reduction in sea ice extent.

Este trabalho apresenta uma investigação da interação entre o gelo marinho Antártico e o setor austral e sudoeste do Atlântico Sul. Para realizar este estudo foram utilizados dados de satélite da concentração do gelo marinho e o modelo numérico acoplado do NCAR (Nacional Center for Atmospheric Research) o CCSM3 (Community Climate System Model) versão 3. O CCSM3 foi integrado por 150 anos em 3 diferentes simulações. Estas foram forçadas com as climatologias prescritas da concentração de gelo máximo (MAX), mínimo (MIN) e médio (controle) com o objetivo de avaliar o impacto das mudanças do gelo marinho Antártico no Mar de Weddell e na região da Confluência Brasil-Malvinas (CBM). Este estudo enfatiza a interação das escalas de tempo anual, interanual a decadal. A metodologia empregada nesta pesquisa inclue as análises de correlação e espectral, bem como as técnicas estatísticas de funções ortogonais empíricas (EOF) e decomposição de valores singulares (SVD). O comportamento climático das variáveis oceânicas apresentou sensibilidade às diferentes concentrações de gelo marinho Antártico. A variabilidade das anomalias de TSM e SSM mostraram para o experimento MIN padrões espaciais que caracterizam um regime frio do Giro de Weddell, associado a menor intrusão da CDW. A resposta da variabilidade da temperatura, entre os cenários de gelo MAX e MIN, para a região da CBM sugere que menores concentrações de gelo marinho Antártico intensificam as anomalias de TSM desta região, com periodicidade interanual de 2-3 anos e decadal de 25 anos. A circulação oceânica, em ambas as regiões analisadas, associada a fase positiva da SAM se intensifica devido a influência das menores concentrações de gelo marinho. / In this work the interaction between Antarctic sea-ice and the South Atlantic ocean (austral and southwestern sectors) is investigated. To accomplish this satellite-observed sea-ice concentration (SIC) and a coupled model from NCAR-CCSM3 (National Center for Atmospheric Research - Community Climate System Model version 3) were employed. Three 150-year simulations, one each with the maximum (MAX), minimum (MIN) and average (control) SIC prescribed climatologies, were used to drive the CCSM3 run. The goal of the research is to evaluate the Weddell Sea and Brazil-Malvinas confluence (BMC) response to observed extremes in Antarctic sea-ice. This study focuses on annual, interannual and decadal timescales. The applied methodology uses correlation and spectrum analyses, as well as Empirical Orthogonal Functions (EOF) and Singular Value Decomposition (SVD). The annual mean behavior of oceanic variables showed sensibility to Antarctic sea-ice changes. The variability of SST and SSS anomalies showed for the sea-ice MIN experiment a spatial pattern that characterizes the cold regime of the Weddell Gyre, associate with low CDW intrusion. The response of the temperature variability, between sea-ice MAX and MIN scenarios, for the BMC region suggests that less Antarctic sea-ice produces a SST anomaly intensification in this region with a interannual cycle of the 2-3year and decadal cycle of the 25-year. The oceanic circulation in both study regions, related to positive SAM events, showed a intensification to less SIC influence.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Recentes observações satelitais têm demonstrado um aumento na extensão total do gelo marinho Antártico e redução do gelo marinho no Ártico. Apesar destas constatações, no Oceano Sul análises regionais apontam tendências negativas nos mares de Bellingshausen-Amundsen e positivas no mar de Ross, enquanto que para o Ártico ocorrer uma redução uniforme do gelo marinho. Neste estudo, foi realizada uma análise multivariada para identificar as mudanças na extensão do gelo marinho Antártico e Ártico em resposta à variabilidade de um conjunto de forçantes/parâmetros/índices climáticos de reconhecida importância em escala global. Especificamente, as associações entre o gelo marinho e os parâmetros e forçantes climáticos foram examinadas através da correlação linear e da análise de agrupamento. Diferentes respostas em diferentes setores foram examinadas e discutidas. Os resultados indicam que a variabilidade do gelo marinho Antártico e Ártico é um fenômeno multivariado e que a extensão de gelo marinho mínima, média e máxima podem apresentar diferentes padrões espaciais e responderem a diferentes conjuntos de parâmetros e forçantes climáticos. Foi identificado um significativo impacto de forçantes/parâmetros/índices climáticos sobre o gelo marinho no Oeste Antártico. No hemisfério Norte o aumento da temperatura média global e do CO2 atmosférico são os principais responsáveis pela redução na extensão do gelo marinho. / Recent satellite observations have shown an increase in the total extent of Antarctic sea ice and a reduction of sea ice in the Arctic. Despite these findings, regional analyses in the Southern Ocean indicates negative trends in the Bellingshausen-Amundsen Sea and positive trends in the Ross Sea, while in the Arctic seems to occur a uniform reduction of sea ice. In this study, mutivariate analysis was performed to identify changes in Antarctic sea ice in response to changes in a set of climate forcings/parameters/indices. More specifically, the relationships between sea ice and climate forcings and parameters were examined by linear correlation and cluster analysis. Different responses in different sectors were examined and discussed. The findings indicate that Antarctic sea ice variability is a multivariate phenomenon and that the minimum, maximum, and mean sea ice extent depicts different spatial pattern and may respond to a different set of climate forcings/parameters/indices. A significant impact of climate forcings/parameters/indices occurs over western Antarctic. In the northern hemisphere the increase in global mean temperature and atmospheric CO2 seems to be the major responsible for the reduction in sea ice extent.

O sistema atmosfera-gelo marinho é complexo e fortemente acoplado. Em uma região de transição entre a cobertura de gelo marinho e o mar aberto a interação entre esse sistema é particularmente intensa, sendo significativa o suficiente para influenciar a circulação atmosférica de grande escala e a distribuição de gelo marinho. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi analisar as interações entre os ciclones extratropicais e a variabilidade extrema do gelo marinho nos setores dos mares de Bellingshausen-Amundsen (MBA) e do mar de Weddell (MW), no período de verão e inverno austral entre 1989 e 2007. Foram utilizados dados de extensão de gelo marinho do NSIDC/NASA; campos atmosféricos da superfície até os altos níveis da troposfera das reanálises do ERA-Interim (ECMWF); composição de imagens de satélite do canal infravermelho do SSEC; Índice de Niño Oceânico do CPC/NOAA. As anomalias de alta frequência (período de 2-10 dias) e interanual (período maior que 370 dias) foram obtidas aplicando-se a transformada rápida de Fourier nas séries temporais (1989-2007). Os extremos de gelo marinho foram obtidos através do primeiro e terceiro quartil da distribuição dos dados. As características da circulação atmosférica de alta frequência e interanual associadas aos eventos extremos negativos (ENGM) e positivos (EPGM) de gelo marinho, na mesma escala de tempo, foram obtidas através de composições defasadas das anomalias dos campos atmosféricos. Para evidenciar e exemplificar os padrões encontrados nas composições de alta frequência apresenta-se uma análise sinótica de estudo de casos para o setor dos MBA durante o inverno austral, em eventos ENGM e EPGM, separando os casos em fases distintas do fenômeno tropical El Niño. Foi utilizada a estatística de ciclones do Automatic Cyclone Tracking, da Universidade de Melbourne, para analisar a ocorrência de ciclones associados aos períodos de mínima e máxima extensão de gelo marinho na escala interanual. Os resultados mostram que no verão e inverno austral, os eventos ENGM de alta frequência no setor dos MBA e do MW estão associados com as anomalias dos campos atmosféricos, na mesma escala temporal, que se assemelham a um trem de ondas ocorrido a partir de três dias anteriores ao evento extremo. A anomalia ciclônica no oeste e a anomalia anticiclônica no leste do setor resultam em uma anomalia de ventos de norte e, consequentemente, a anomalias positivas de temperatura do ar. Essa configuração anômala contribui para os eventos ENGM através do derretimento do gelo marinho e do seu próprio transporte em direção às latitudes maiores pelos ventos de norte anômalos. As anomalias de alta frequência dos campos atmosféricos em todos os casos (composições defasadas) de eventos EPGM apresentam fases opostas em relação aos eventos ENGM. Portanto, fases distintas do trem de ondas induzem na modulação de extremos de gelo marinho opostos. Em relação às análises sinóticas dos eventos ENGM e EPGM em fases distintas do fenômeno El Niño, verificou-se que em períodos de El Niño há uma intensificação do jato subtropical e um enfraquecimento do jato polar no Pacífico Sul. Há uma menor atuação dos ciclones extratropicais, predominando o sistema de cristas e cavados. Na fase de La Niña há um reforço do jato polar e uma intensa atividade ciclônica sobre os MBA. No evento ENGM (EPGM) há uma associação entre os ventos de norte (de sul) com a vanguarda (retaguarda) dos sistemas ciclônicos em superfície. Na fase Neutra verificou-se uma intensificação do jato polar e uma atuação do sistema de cristas/cavados e de sistemas ciclônicos em superfície. Na análise da influência da circulação atmosférica interanual na variabilidade extrema do gelo marinho, na mesma escala de tempo, observou-se que a fase quente (fria) do ENSO provavelmente está associada com eventos ENGM (EPGM) nos MBA e com eventos EPGM (ENGM) no MW. Sobre a influência da variabilidade interanual da extensão do gelo marinho na atividade ciclônica, nas composições de anomalias interanuais de PNMM em relação aos eventos ENGM nos MBA (lag = 0) no verão, há um predomínio de anomalias positivas de pressão ao nível médio do mar (PNMM) sobre grande parte do Oceano Austral, o que contribuiria para uma menor profundidade e raio dos sistemas em superfície. Já em relação aos eventos ENGM no MW, verifica-se que no lag = 0 há um predomínio de anomalias negativas de PNMM no Oceano Austral, o que contribuiria para um aumento da profundidade e raio dos ciclones. / The sea ice-atmosphere system is complex and tightly coupled. In a transition region between the coverage of sea ice and open ocean the interaction between this system is particularly intense, being significant enough to influence large-scale atmospheric circulation and sea ice distribution. Thus, the main objective of this study was to analyze the interactions between extratropical cyclones and extreme variability of sea ice in the sectors of the Bellingshausen-Amundsen Seas (BAS) and the Weddell Sea (WS), in the period of austral summer and winter between 1989 and 2007. We used sea ice extent data from NSIDC/NASA; atmospheric fields (surface to higher tropospheric levels) from ERA-Interim reanalysis; SSEC IR satellite image composition; and the Oceanic Niño Index CPC/NOAA. Anomalies of high-frequency (2-10 days) and interannual (longer than 370 days) were obtained by applying a fast Fourier transform in the time series (1989-2007). The extremes of sea ice were obtained from the first and third quartile of the data distribution. The characteristics of high-frequency atmospheric circulation and interannual associated with negative (NESI) and positive (PESI) extreme events of sea ice at the same time scale, were obtained from the lagged composites of the anomalies of atmospheric fields. To highlight and illustrate the patterns found in the composites of high frequency presents a synoptic analysis of case studies for the sector of the BAS during the austral winter at NESI and PESI events, separating the cases in different stages of the tropical El Niño phenomenon. Was used a statistical cyclone of Automatic Cyclone Tracking, from University of Melbourne, to analyze the occurrence of cyclones associated with periods of minimum and maximum extent of sea ice in the interannual scale. The results show that in the austral summer and winter, the NESI events of high frequency in the sector of the BAS and the WS are associated with the anomalies of atmospheric fields in the same timescale that resemble a wave train occurring from three days before the extreme event. The cyclonic anomaly in the west and anticyclonic anomaly in the east sector result in an anomaly of north winds and, consequently, the positive anomalies of air temperature. This anomalous configuration contributes for events NESI by sea ice melting and its own transport to higher latitudes by anomalous north winds. Synoptic atmospheric fields anomalies, in all PESI event cases are in opposite phases to NESI events. Therefore, different phases of the circumpolar wave train induce modulation of concurrent sea ice extremes. Regarding the synoptic analysis of events NESI and PESI in different phases of El Niño, it was found that during periods of El Niño it has a strengthening of the subtropical jet and a weakening of the polar jet in the South Pacific. There is less activity of extratropical cyclones, and the predominant system of ridge and troughs. In the La Niña case studies, has a strengthening of the polar jet and an intense cyclonic activity over the BAS. In the NESI (PESI) event there is an association between the north (south) winds at the vanguard (rear) of the cyclone systems at surface. In the Neutral phase case studies, there is an intensification of the polar jet and performance of the system of ridge/troughs and cyclonic systems at surface. In the analysis of the influence of interannual atmospheric circulation on extreme variability of sea ice, at the same time scale, it was observed that the warm (cold) phase of ENSO are probably associated with NESI (PESI) events at BAS and with PESI (NESI) events in the WS. On the influence of interannual variability of sea ice extent in the cyclonic activity, in the composites of interannual anomalies of mean sea level pressure (MSLP) in relation to NESI events in the BAS (lag = 0) in the summer, there is a predominance of positive anomalies of MSLP over much of the Southern Ocean, which would contribute to a lower depth and radius of the surface systems. In relation to NESI events in WS, it appears that in the lag = 0 there is a predominance of negative anomalies of MSLP in the Southern Ocean, which would contribute to an increase in depth and radius cyclones.

A complexa interação que ocorre entre os processos oceânicos e atmosféricos no Oceano Austral afeta a circulação oceânica global em diferentes camadas. O Mar de Weddell e o Mar de Ross possuem reconhecida importância na formação da Água de Fundo Antártica (AABW). O objetivo principal deste trabalho é caracterizar as massas de água dos Mares de Weddell e Ross, através dos dados mais recentes de reanálise oceânica SODA (Simple Ocean Data Assimilation). Através da técnica de separação de massas de água Análise Multiparamétrica Ótima (AMO) foi possível a identificação de 3 principais massas de água no Mar de Ross: Água Profunda Circumpolar Superior (UCDW), Água Profunda Circumpolar Inferior (LCDW) e Água de Plataforma de Baixa Salinidade (LSSW). A UCDW foi a que apresentou a maior variabilidade, não atingindo a Plataforma de gelo do MR durante os anos de 1950-1974. No Mar de Weddell foi possível a identificação das seguintes massas de água: Água Profunda Cálida (WDW), Água Profunda do Mar de Weddell (WSDW) e Água de Fundo do Mar de Weddell (WSBW). A WDW atingiu valores >70% à 800m. A WSDW possui em seu núcleo valores > 90% entre 2000 e 3500m. A WSBW, apresenta ~100% em profundidades > 4000m. / The complex interaction that occurs between the oceanic and atmospheric processes in the Southern Ocean affects global ocean circulation in different layers. The Weddell and Ross Seas have recognized importance in the formation of Antarctic Bottom Water (AABW). This work aims to characterize the water masses of the Weddell and Ross Seas, using the latest ocean data reanalysis SODA (Simple Ocean Data Assimilation). Through the water masses separation technique, Optimum Multiparameter Analysis (OMP), it was possible to identify three main water masses in Ross Sea: Upper Circumpolar Deep Water (UCDW), Lower Circumpolar Deep Water (LCDW) and Low Salinity Shelf Water (LSSW). UCDW showed the greatest variability, not reaching the Ross Sea Ice Shelf during the years 1950-1974. It was possible to identify the following water masses in Weddell Sea: Warm Deep Water (WDW), Weddell Sea Deep Water (WSDW) and Weddell Sea Bottom Water (WSBW). WDW reached values up to 70% in 800m. WSDW has in its core values > 90% between 2000 and 3500m. WSBW presents a contribution up to 100% at depths > 4000m.

O oceano desempenha papel fundamental na configuração e manutenção do clima da Terra, sendo considerado um dos componentes principais do sistema climático.Diversos estudo foram conduzidos para avaliar as mudanças nos processos climáticos e como o clima, em contrapartida, é afetado por tais mudanças. O presente trabalho visa investigar o impacto das mudanças climáticas na formação de massas de água do oceano austral. Foram analisados resultados de simulação numérica para os séculos XX e XXI pelo modelo CCSM3 para os cenários 20c3m e SRESA1B do IPCC. Através da técnica de separação de mássas de água Análise Otimizada de Parâmetros Múltiplos (OMP) foram identificadas 3 massas de água no Mar de Ross: Água Profunda Circumpolar (CDW); Água da Plataforma de Gelo (ISW); Água de Plataforma de Baixa Salinidade (LSSW). A ISW, precursora da Água de Fundo Antártica (AABW), apresenta maior variação espacial tornando-se mais rasa no século XX e assumindo camadas mais profundas no século XXI. A variação da ISW está relacionada à variação do Modo Anular Sul (SAM) e à variação do gelo marinho. / It has been known for a long time that the ocean plays the most important role on Earth\'s heat budget, what turns it into a major component of the global climate system. Therefore, many studies have been made to assess whether features of climate processes are changing and how may climate itself be affected by these changes. This work aims to look at the impact of climate changes on water masses formation in the Southern Ocean. Results from the 20th century and SRESA1b CCSM3/NCAR simulation (1870 to 2100) were analyzed using the Optimum Multiparameter Analysis (OMP) to separate water masses. Three water masses were identified in the Ross Sea: Circumpolar Deep Water (CDW); Ice Shelf Water (ISW); Low Salinity Shelf Water (LSSW). Simulation results have shown that the ISW gets shallower during the 20th century and then, during the 21stcentury, it gets deeper and occupies the deepest layer by 2100 while it flows towards higher latitudes as AABW. Much closely to what has been shown by observational studies, water masses formation in the Southern Ocean is intrinsically linked to atmospheric vaiability modes, such as the southern annular mode--SAM, and to sea ice variation.