京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20062号 / 工博第4250号 / 新制||工||1658(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻 / (主査)教授 寶 馨, 教授 立川 康人, 准教授 佐山 敬洋 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Esta pesquisa tem como objetivo avaliar a relação existente entre o comportamento anual dos oceanos e o da vazão na Bacia do Rio São Francisco, Brasil, para o período de 1968 a 2004. Foram construídos modelos de regressão linear múltipla para simular o valor da vazão anual em Ponte da Taquara, Alto São Francisco, com base em índices climáticos e no valor médio da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) em áreas específicas dos oceanos Pacífico e Atlântico. Os índices climáticos considerados foram a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), Indice de Oscilação Sul (IOS) e anomalias de TSM nas regiões de Niño. Os padrões oceânicos de correlação linear entre a TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Alto São Francisco e o Médio São Francisco, indicam valores positivos em toda a costa oeste da América do Norte e do Sul e região equatorial e fortes sinais negativos na costa leste da Ásia e Austrália. Este padrão é bastante semelhante ao padrão espacial do primeiro modo obtido pela aplicação de análise multivariada à TSM no Oceano Pacífico, que é associado à Oscilação Multidecadal do Pacífico. A consideração de defasagem mensal no cálculo do coeficiente de correlação linear entre os valores de vazão e TSM indicam que a TSM dos meses mais próximos ao da vazão têm maior potencial para serem considerados como seus preditores. Observa-se a diminuição da correlação linear entre TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Médio e Baixo São Francisco em relação aos postos do Alto São Francisco. O que sugere que o Oceano Pacífico apresenta maior influência na variabilidade da vazão nos postos localizados mais ao sul da Bacia do São Francisco. Por outro lado, observa-se o aumento dos valores do coeficiente de correlação linear no Atlântico Sul principalmente para a vazão dos postos do Médio e Sub-Médio, indicando possivelmente a maior influência do Oceano Atlântico na vazão de postos localizados mais a nordeste da bacia hidrográfica considerada. O padrão oceânico indicado pelos valores de correlação linear entre a TSM e os postos do Sub- Médio São Francisco indica a presença de um dipolo meridional, com anomalias negativas e positivas na bacia do Atlântico Sul tropical e subtropical. O IOS e ODP apresentam maior valor de correlação para a vazão observada no Alto e Médio São Francisco. As regiões selecionadas nos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico e os índices Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 para a construção do modelo linear para a simulação da vazão anual suavizada explicam 96% da variância total da vazão. No caso da vazão sem suavização as variáveis selecionadas pelo modelo elaborado explicam 52% da variância total. O padrão atmosférico anômalo associado aos dois primeiros subperíodos da vazão em Ponte da Taquara, de 1968 a 1978 e de 1979 a 1988, caracterizados em média por anomalias negativas e positivas, respectivamente, apresenta condições atmosféricas específicas às anomalias observadas da vazão. Em geral, anomalias negativas (positivas) de vazão em Ponte da Taquara são acompanhadas por ODP negativa, com anomalias negativas (positivas) de TSM no Pacífico Equatorial. / This research concerned to propose a valuation about the relationship between annual oceanic behavior and river outflow at São Francisco Hydrographic Basin, in Brazil, for the period from 1968 to 2004. Linear model based on multiple regression were built for annual river outflow at Ponte da Taquara, located at High São Francisco sub-basin. Climatic indexes and Sea Surface Temperature (SST) averages for selected areas over Pacific and Atlantic oceans were taken as independent variables in the modeling. Pacific Decadal Oscillation (PDO), Southern Oscillation Index (SOI) and SST anomalies at the Niño regions were also considered as independent variables in the modeling. The specific oceanic areas were selected through linear correlation calculation between river outflow at High São Francisco and SST. Oceanic patter represented by linear correlation between Pacific SST and river outflow at High São Francisco and Medium São Francisco shows positive values throughout the west coast of North and South America and the equatorial areas and, high negative values at oceanic areas to the east of Asia and Australia. This patter is quite similar to that obtained as the first mode of multivariate analysis applied over Pacific basin, and is related to the PDO. The consideration of temporal lag between SST river outflow monthly values showed that the smaller interval provide the best linear correlation. Linear correlation patter over Pacific is more significant for river outflow observed at the southern area of São Francisco Basin in relation to those located at northern areas. This aspect suggests that Pacific Ocean plays a more significant role to determination of river outflow observed at the south of the hydrographic basin. On the other hand, linear correlation values are greater at South Atlantic when river outflow for Sub-Medium São Francisco is considered. This result suggests that South Atlantic Ocean can play a greater role for the determination for climatic variability for river outflow observed at northern areas of São Francisco Basin. The oceanic correlation pattern for South Atlantic Ocean also shows a dipole mode, between tropical and subtropical latitudes, for fluvial stations located at the northern areas of the hydrographic basin. SOI and PDO present greater correlation values for river outflow observed at High and Medium São Francisco Basin. Ocean Pacific, Atlantic and Indian and the indexes Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 variables, selected for the linear model elaboration to river outflow simulation, explain 96% of the total variance. In the case of not smoothed data, the variance explained by the linear model is equal to 52%. The atmospheric averaged patterns for the considered two first subperiods, from 1968 to 1978 and from 1979 to 1988, that are characterized by negative and positive river outflow anomalies at High São Francisco, present atmospheric conditions closely related to the observed river outflow anomalies. In general, river outflow negative (positive) anomalies at High São Francisco are related to negative PDO and SST negative anomalies (positive) at equatorial Pacific.

Vários estudos fornecem evidências de que os oceanos Atlântico e Pacífico desempenham papel significativo nas flutuações climáticas que ocorrem no Brasil. O objetivo desta pesquisa é avaliar a relação entre a temperatura da superfície do mar, TSM, dos oceanos Pacífico e Atlântico e a vazão de rios localizados no oeste do estado de São Paulo. Foram analisados 30 anos de dados, de 1979 a 2008. Os dados de vazão foram obtidos da Agência Nacional de Águas, os dados da temperatura da superfície do mar e radiação de onda longa emergente, do CDC/NOAA, e as variáveis climáticas (temperatura mínima, média e máxima, precipitação e umidade relativa) foram obtidos do INMET e referem-se aos dados observados na estação meteorológica da cidade de Presidente Prudente. Os resultados foram obtidos pela estimativa da correlação linear entre as séries mensais de vazão e dos dados climáticos com a temperatura da superfície do mar nos oceanos, com e sem defasagem temporal. Áreas com correlação alta e significativa foram encontradas no oceano Pacífico e Atlântico. Os padrões oceânicos obtidos para os quatro postos de vazão se assemelham entre si, sugerindo que a variabilidade climática dos postos é parecida. O padrão de ferradura no Oceano Pacífico Tropical está presente em todos os casos avaliados, assim como áreas meridionalmente adjacentes com sinais trocados no setor norte do Atlântico Norte. No Oceano Atlântico, as principais áreas de correlações linear foram encontradas no hemisfério sul, indicando valores positivos. As correlações entre a TSM e as variáveis climáticas (temperaturas, umidade relativa, precipitação e ROLE) também apresentaram correlações significativas no Pacífico Tropical, indicando o padrão de ferradura. O modelo estocástico construído para simulação da vazão trimestral, em Presidente Prudente, com base em regressão linear múltipla forneceu um ajuste com explicação da variância igual a 49%. O modelo construído considerando-se as variáveis oceânicas e continentais fornece uma explicação da variância igual a 69%. Tal resultado sugere que seja possível considerar apenas variáveis oceânicas na elaboração de um modelo prognóstico para a vazão trimestral. Os períodos com anomalias positivas de vazão estiveram associados a maior convergência (divergência) do ar em baixos (altos) níveis, à intensificação do movimento vertical ascendente e movimento vertical ascendente intensificado. / Several studies provide evidence that the Atlantic and Pacific oceans play a significant role inclimate fluctuations that occur in Brazil. The objective of this research is to evaluate the relationship between sea surface temperature, SST, on Pacific and Atlantic oceans, and the observed river outflow in the western state of Sao Paulo. We analyzed 30 years of data, from 1979 to 2008. The river outflow data were obtained from the National Water Agency, the data of sea surface temperature and emergent longwave radiation, from the CDC / NOAA, and climatic variables (minimum, mean and maximum temperature, precipitation and relative humidity) were obtained from INMET. The latter refers to observed data in the meteorological station of the city of Presidente Prudente. The results were obtained by estimating the linear correlation between monthly series of river outflow data, climate data and sea surface temperature in the oceans, with and without lag. Areas with high and significant correlations were found in the Pacific and Atlantic oceans. The ocean patterns obtained for the four river outflow stations resemble each other, suggesting that the variability of the climate stations is similar. The pattern of \"horseshoe\" in the Tropical Pacific Ocean is present in all cases investigated, as well as areas meridionally adjacent and presenting opposite signs at the northern of North Atlantic. In the Atlantic Ocean, the main areas of linear correlations were found at the southern hemisphere, indicating positive values. The correlations between SST and climatic variables (precipitation and ROLE) also presented significant correlations values on Tropical Pacific, depicting the horseshoe pattern. The stochastic model built to simulate the quarterly river outflow, in Presidente Prudente, based on multiple linear regression, provided a fit that explained 49% of river outflow variance. The built model considering oceanic and continental variables provides an explanation of 69%. This result suggests that it is possible to consider only oceanic variables in the development of prognostic models for quarterly river outflow atthe region.The periods with positive river outflow anomalies were associated with greater air convergence (divergence) at low (high) levels and intensified upward movement.

Vários estudos fornecem evidências de que os oceanos Atlântico e Pacífico desempenham papel significativo nas flutuações climáticas que ocorrem no Brasil. O objetivo desta pesquisa é avaliar a relação entre a temperatura da superfície do mar, TSM, dos oceanos Pacífico e Atlântico e a vazão de rios localizados no oeste do estado de São Paulo. Foram analisados 30 anos de dados, de 1979 a 2008. Os dados de vazão foram obtidos da Agência Nacional de Águas, os dados da temperatura da superfície do mar e radiação de onda longa emergente, do CDC/NOAA, e as variáveis climáticas (temperatura mínima, média e máxima, precipitação e umidade relativa) foram obtidos do INMET e referem-se aos dados observados na estação meteorológica da cidade de Presidente Prudente. Os resultados foram obtidos pela estimativa da correlação linear entre as séries mensais de vazão e dos dados climáticos com a temperatura da superfície do mar nos oceanos, com e sem defasagem temporal. Áreas com correlação alta e significativa foram encontradas no oceano Pacífico e Atlântico. Os padrões oceânicos obtidos para os quatro postos de vazão se assemelham entre si, sugerindo que a variabilidade climática dos postos é parecida. O padrão de ferradura no Oceano Pacífico Tropical está presente em todos os casos avaliados, assim como áreas meridionalmente adjacentes com sinais trocados no setor norte do Atlântico Norte. No Oceano Atlântico, as principais áreas de correlações linear foram encontradas no hemisfério sul, indicando valores positivos. As correlações entre a TSM e as variáveis climáticas (temperaturas, umidade relativa, precipitação e ROLE) também apresentaram correlações significativas no Pacífico Tropical, indicando o padrão de ferradura. O modelo estocástico construído para simulação da vazão trimestral, em Presidente Prudente, com base em regressão linear múltipla forneceu um ajuste com explicação da variância igual a 49%. O modelo construído considerando-se as variáveis oceânicas e continentais fornece uma explicação da variância igual a 69%. Tal resultado sugere que seja possível considerar apenas variáveis oceânicas na elaboração de um modelo prognóstico para a vazão trimestral. Os períodos com anomalias positivas de vazão estiveram associados a maior convergência (divergência) do ar em baixos (altos) níveis, à intensificação do movimento vertical ascendente e movimento vertical ascendente intensificado. / Several studies provide evidence that the Atlantic and Pacific oceans play a significant role inclimate fluctuations that occur in Brazil. The objective of this research is to evaluate the relationship between sea surface temperature, SST, on Pacific and Atlantic oceans, and the observed river outflow in the western state of Sao Paulo. We analyzed 30 years of data, from 1979 to 2008. The river outflow data were obtained from the National Water Agency, the data of sea surface temperature and emergent longwave radiation, from the CDC / NOAA, and climatic variables (minimum, mean and maximum temperature, precipitation and relative humidity) were obtained from INMET. The latter refers to observed data in the meteorological station of the city of Presidente Prudente. The results were obtained by estimating the linear correlation between monthly series of river outflow data, climate data and sea surface temperature in the oceans, with and without lag. Areas with high and significant correlations were found in the Pacific and Atlantic oceans. The ocean patterns obtained for the four river outflow stations resemble each other, suggesting that the variability of the climate stations is similar. The pattern of \"horseshoe\" in the Tropical Pacific Ocean is present in all cases investigated, as well as areas meridionally adjacent and presenting opposite signs at the northern of North Atlantic. In the Atlantic Ocean, the main areas of linear correlations were found at the southern hemisphere, indicating positive values. The correlations between SST and climatic variables (precipitation and ROLE) also presented significant correlations values on Tropical Pacific, depicting the horseshoe pattern. The stochastic model built to simulate the quarterly river outflow, in Presidente Prudente, based on multiple linear regression, provided a fit that explained 49% of river outflow variance. The built model considering oceanic and continental variables provides an explanation of 69%. This result suggests that it is possible to consider only oceanic variables in the development of prognostic models for quarterly river outflow atthe region.The periods with positive river outflow anomalies were associated with greater air convergence (divergence) at low (high) levels and intensified upward movement.

Esta pesquisa tem como objetivo avaliar a relação existente entre o comportamento anual dos oceanos e o da vazão na Bacia do Rio São Francisco, Brasil, para o período de 1968 a 2004. Foram construídos modelos de regressão linear múltipla para simular o valor da vazão anual em Ponte da Taquara, Alto São Francisco, com base em índices climáticos e no valor médio da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) em áreas específicas dos oceanos Pacífico e Atlântico. Os índices climáticos considerados foram a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), Indice de Oscilação Sul (IOS) e anomalias de TSM nas regiões de Niño. Os padrões oceânicos de correlação linear entre a TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Alto São Francisco e o Médio São Francisco, indicam valores positivos em toda a costa oeste da América do Norte e do Sul e região equatorial e fortes sinais negativos na costa leste da Ásia e Austrália. Este padrão é bastante semelhante ao padrão espacial do primeiro modo obtido pela aplicação de análise multivariada à TSM no Oceano Pacífico, que é associado à Oscilação Multidecadal do Pacífico. A consideração de defasagem mensal no cálculo do coeficiente de correlação linear entre os valores de vazão e TSM indicam que a TSM dos meses mais próximos ao da vazão têm maior potencial para serem considerados como seus preditores. Observa-se a diminuição da correlação linear entre TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Médio e Baixo São Francisco em relação aos postos do Alto São Francisco. O que sugere que o Oceano Pacífico apresenta maior influência na variabilidade da vazão nos postos localizados mais ao sul da Bacia do São Francisco. Por outro lado, observa-se o aumento dos valores do coeficiente de correlação linear no Atlântico Sul principalmente para a vazão dos postos do Médio e Sub-Médio, indicando possivelmente a maior influência do Oceano Atlântico na vazão de postos localizados mais a nordeste da bacia hidrográfica considerada. O padrão oceânico indicado pelos valores de correlação linear entre a TSM e os postos do Sub- Médio São Francisco indica a presença de um dipolo meridional, com anomalias negativas e positivas na bacia do Atlântico Sul tropical e subtropical. O IOS e ODP apresentam maior valor de correlação para a vazão observada no Alto e Médio São Francisco. As regiões selecionadas nos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico e os índices Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 para a construção do modelo linear para a simulação da vazão anual suavizada explicam 96% da variância total da vazão. No caso da vazão sem suavização as variáveis selecionadas pelo modelo elaborado explicam 52% da variância total. O padrão atmosférico anômalo associado aos dois primeiros subperíodos da vazão em Ponte da Taquara, de 1968 a 1978 e de 1979 a 1988, caracterizados em média por anomalias negativas e positivas, respectivamente, apresenta condições atmosféricas específicas às anomalias observadas da vazão. Em geral, anomalias negativas (positivas) de vazão em Ponte da Taquara são acompanhadas por ODP negativa, com anomalias negativas (positivas) de TSM no Pacífico Equatorial. / This research concerned to propose a valuation about the relationship between annual oceanic behavior and river outflow at São Francisco Hydrographic Basin, in Brazil, for the period from 1968 to 2004. Linear model based on multiple regression were built for annual river outflow at Ponte da Taquara, located at High São Francisco sub-basin. Climatic indexes and Sea Surface Temperature (SST) averages for selected areas over Pacific and Atlantic oceans were taken as independent variables in the modeling. Pacific Decadal Oscillation (PDO), Southern Oscillation Index (SOI) and SST anomalies at the Niño regions were also considered as independent variables in the modeling. The specific oceanic areas were selected through linear correlation calculation between river outflow at High São Francisco and SST. Oceanic patter represented by linear correlation between Pacific SST and river outflow at High São Francisco and Medium São Francisco shows positive values throughout the west coast of North and South America and the equatorial areas and, high negative values at oceanic areas to the east of Asia and Australia. This patter is quite similar to that obtained as the first mode of multivariate analysis applied over Pacific basin, and is related to the PDO. The consideration of temporal lag between SST river outflow monthly values showed that the smaller interval provide the best linear correlation. Linear correlation patter over Pacific is more significant for river outflow observed at the southern area of São Francisco Basin in relation to those located at northern areas. This aspect suggests that Pacific Ocean plays a more significant role to determination of river outflow observed at the south of the hydrographic basin. On the other hand, linear correlation values are greater at South Atlantic when river outflow for Sub-Medium São Francisco is considered. This result suggests that South Atlantic Ocean can play a greater role for the determination for climatic variability for river outflow observed at northern areas of São Francisco Basin. The oceanic correlation pattern for South Atlantic Ocean also shows a dipole mode, between tropical and subtropical latitudes, for fluvial stations located at the northern areas of the hydrographic basin. SOI and PDO present greater correlation values for river outflow observed at High and Medium São Francisco Basin. Ocean Pacific, Atlantic and Indian and the indexes Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 variables, selected for the linear model elaboration to river outflow simulation, explain 96% of the total variance. In the case of not smoothed data, the variance explained by the linear model is equal to 52%. The atmospheric averaged patterns for the considered two first subperiods, from 1968 to 1978 and from 1979 to 1988, that are characterized by negative and positive river outflow anomalies at High São Francisco, present atmospheric conditions closely related to the observed river outflow anomalies. In general, river outflow negative (positive) anomalies at High São Francisco are related to negative PDO and SST negative anomalies (positive) at equatorial Pacific.

O objetivo desta pesquisa foi investigar a relação linear existente entre a Temperatura de Superfície do Mar (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico e a vazão do rio Madeira, localizado na parte sul da região Norte do Brasil. A investigação foi feita nas escalas mensal, sazonal e anual, para o período de 1968 a 2009. A hipótese de que alterações climáticas na região Norte do Brasil estariam associadas a episódios de aquecimento e resfriamento dos oceanos globais, já que quando ocorrem têm o potencial de modificar o padrão de precipitação em áreas remotas do globo, foi a motivação central da pesquisa. A pesquisa foi desenvolvida com base em análises estatísticas para os dados de TSM, índices climáticos e a vazão do rio Madeira. Observou-se que a vazão mensal do rio Madeira apresenta correlação linear significativa com áreas específicas dos oceanos Atlântico e Pacífico. No Oceano Atlântico Norte, são significativas as correlações obtidas nos setores tropical (área AT3) e norte (área AT1). O setor subtropical do Atlântico Norte (AT2) apresenta correlações lineares não tão expressivas como suas áreas tropical e norte. O Atlântico Sul não apresenta áreas com correlações lineares significativas com a vazão. As áreas com correlação significativa do Atlântico Norte (AT1) apresentam valores negativos máximos entre -0,6 e -0,4. Os valores de correlação linear entre a vazão mensal do rio Madeira e a TSM do Atlântico (AT2) apresentam um pequeno aumento para os cálculos realizados com defasagem temporal de até nove meses, entre 0,3 a 0,4 para 5 meses de defasagem entre a vazão e a TSM. A TSM do setor oeste do Pacífico tropical apresenta fortes valores negativos de correlação linear com a vazão do rio Madeira, com valores máximos que variam entre -0,7 e -0,4. Tal qual acontece para o Atlântico, as águas superficiais do Pacífico tropical oeste apresentam um pequeno aumento dos valores de correlação linear para defasagens maiores entre a TSM e a vazão. As áreas com forte correlação negativa no setor oeste do Pacífico tropical foram denominadas PA1, no norte, e PA3, no sul. Uma pequena área com correlação significativa e positiva a leste da bacia do Pacífico, junto à costa do Chile, foi denominada PA2. Nesta área os valores máximos de correlação linear entre a vazão mensal e a TSM variam entre 0,2 e 0,4. A análise de correlação linear entre a vazão anual do rio Madeira e índices climáticos indicam que os índices ODP, MEI e OAN são os mais bem correlacionados com a vazão, apresentando valores iguais a 0,89, 0,86 e 0,85, respectivamente. Com base na TSM das áreas bem correlacionadas com a vazão do rio Madeira e nos índices climáticos considerados, foi desenvolvido um modelo estocástico de regressão linear múltipla para a previsão da vazão trimestral com antecedência de um trimestre. A TSM das áreas do setor oeste do Pacífico tropical, PA1, e do Atlântico Norte tropical, AT3, constituíram as variáveis selecionadas para a elaboração do modelo estocástico. O modelo estocástico foi desenvolvido para o início da série temporal considerada, de 1968 a 1988, e apresentou um ajuste linear com coeficiente de determinação igual a 78%. A verificação do modelo foi feita para o final da série, de 1989 a 2009. O erro médio normalizado calculado pela diferença entre os valores de vazão previstos pelo modelo e os observados foi igual a 40%. Desta forma, conclui-se que a vazão trimestral do setor sul da região Norte do Brasil é uma variável que pode ser prevista com base na variabilidade da temperatura das águas superficiais dos oceanos Pacífico e Atlântico. A análise do comportamento atmosférico com base em períodos específicos de anomalias de TSM no Atlântico Norte tropical indica que a ocorrência de TSMs mais altas (baixas) que o normal foram acompanhadas por ventos de leste mais fracos (fortes). Foram analisados os campos atmosféricos médios para os meses chuvosos de novembro a março para as variáveis Velocidade Vertical (Omega) em 500 e 850 hPa, divergência e vorticidade do vento. Os resultados obtidos demonstram que em média, a variabilidade atmosférica foi determinante no que se refere às anomalias apresentadas pela vazão. / The objective of this research was to investigate the linear relation between the sea surface temperature (SST) over Pacific and Atlantic oceans and the outflow of the Madeira river, located at the southern part of the Northern region of Brazil. The investigation considered monthly, seasonal and annual scales, to the period between 1968 to 2009. The consideration about the influence of heating and cooling of oceanic areas over climate around the world constitutes the main hypothesis taken in account in the study. The research was developed based on statistical analysis considering SST, climatic indexes and river outflow data. The monthly outflow for Madeira River shows significant linear correlation to SST at specific areas over Atlantic and Pacific. Over North Atlantic, the linear correlation values are significant at the tropical and north sectors, namely AT3 and AT1, respectively. The subtropical sector of North Atlantic presents positive correlation but not too expressive as the tropical and north areas of Atlantic. South Atlantic does not present significant values of linear correlation with the river outflow. The area with significant correlation over North Atlantic (AT1) presents maximum negative values ranging between -0,6 and -0,4. In general, the greater the interval between river outflow and SST data, greater is the linear correlation values. SST data from the western sector of tropical Pacific presents strong negative correlation with Madeira River outflow data, and shows maximum values ranging between -0,7 and -0,4. The areas to the West of Pacific showing high negative correlation were named PA1 and PA3, to northern and southern sectors, respectively. A small area that shows significant positive linear correlation to the river outflow data, PA2, is located over the eastern side of Pacific basin, very closed to the coast of Chile. In this area, the linear maximum correlation values range between 0,2 and 0,4. Linear correlation analysis between annual river outflow data and climatic indices indicates that PDO, MEI and NAO are those more correlated with the river outflow data, presenting values equal to 0,89, 0,86 e 0,85, respectively. Based on averaged SST and climatic indices well correlated to the Madeira River outflow data, a stochastic model was developed in order to forecast the river outflow in seasonal scale. SST from west of tropical Pacific, PA1, and from tropical North Atlantic, AT3, were selected to build up the stochastic model. The stochastic model was developed considering the first half of the total series, between 1968 and 1988, while the last period was used to validate the model, between 1989 and 2009. The linear adjusting over the first period reach a determining coefficient equal to 78% and the normalized mean error obtained for the second period was equal to 40%. Thus, we conclude that the seasonal outflow for Madeira River is a climatic variable that can be forecast based on the SST variability over specific areas on Pacific and Atlantic oceans. The analysis of atmospheric behavior based on specific periods of SST anomalies in the tropical North Atlantic indicates that the occurrence of SSTs higher (lower) than normal was accompanied by easterly winds weak (strong). We analyzed the average atmospheric fields for the rainy months from November to March for variables Vertical Speed (Omega) at 500 and 850 hPa, divergence and vorticity of the wind. The results show that approximately the atmospheric variability was decisive with regard to the deficiencies presented by the ouflow.

O objetivo desta pesquisa foi investigar a relação linear existente entre a Temperatura de Superfície do Mar (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico e a vazão do rio Madeira, localizado na parte sul da região Norte do Brasil. A investigação foi feita nas escalas mensal, sazonal e anual, para o período de 1968 a 2009. A hipótese de que alterações climáticas na região Norte do Brasil estariam associadas a episódios de aquecimento e resfriamento dos oceanos globais, já que quando ocorrem têm o potencial de modificar o padrão de precipitação em áreas remotas do globo, foi a motivação central da pesquisa. A pesquisa foi desenvolvida com base em análises estatísticas para os dados de TSM, índices climáticos e a vazão do rio Madeira. Observou-se que a vazão mensal do rio Madeira apresenta correlação linear significativa com áreas específicas dos oceanos Atlântico e Pacífico. No Oceano Atlântico Norte, são significativas as correlações obtidas nos setores tropical (área AT3) e norte (área AT1). O setor subtropical do Atlântico Norte (AT2) apresenta correlações lineares não tão expressivas como suas áreas tropical e norte. O Atlântico Sul não apresenta áreas com correlações lineares significativas com a vazão. As áreas com correlação significativa do Atlântico Norte (AT1) apresentam valores negativos máximos entre -0,6 e -0,4. Os valores de correlação linear entre a vazão mensal do rio Madeira e a TSM do Atlântico (AT2) apresentam um pequeno aumento para os cálculos realizados com defasagem temporal de até nove meses, entre 0,3 a 0,4 para 5 meses de defasagem entre a vazão e a TSM. A TSM do setor oeste do Pacífico tropical apresenta fortes valores negativos de correlação linear com a vazão do rio Madeira, com valores máximos que variam entre -0,7 e -0,4. Tal qual acontece para o Atlântico, as águas superficiais do Pacífico tropical oeste apresentam um pequeno aumento dos valores de correlação linear para defasagens maiores entre a TSM e a vazão. As áreas com forte correlação negativa no setor oeste do Pacífico tropical foram denominadas PA1, no norte, e PA3, no sul. Uma pequena área com correlação significativa e positiva a leste da bacia do Pacífico, junto à costa do Chile, foi denominada PA2. Nesta área os valores máximos de correlação linear entre a vazão mensal e a TSM variam entre 0,2 e 0,4. A análise de correlação linear entre a vazão anual do rio Madeira e índices climáticos indicam que os índices ODP, MEI e OAN são os mais bem correlacionados com a vazão, apresentando valores iguais a 0,89, 0,86 e 0,85, respectivamente. Com base na TSM das áreas bem correlacionadas com a vazão do rio Madeira e nos índices climáticos considerados, foi desenvolvido um modelo estocástico de regressão linear múltipla para a previsão da vazão trimestral com antecedência de um trimestre. A TSM das áreas do setor oeste do Pacífico tropical, PA1, e do Atlântico Norte tropical, AT3, constituíram as variáveis selecionadas para a elaboração do modelo estocástico. O modelo estocástico foi desenvolvido para o início da série temporal considerada, de 1968 a 1988, e apresentou um ajuste linear com coeficiente de determinação igual a 78%. A verificação do modelo foi feita para o final da série, de 1989 a 2009. O erro médio normalizado calculado pela diferença entre os valores de vazão previstos pelo modelo e os observados foi igual a 40%. Desta forma, conclui-se que a vazão trimestral do setor sul da região Norte do Brasil é uma variável que pode ser prevista com base na variabilidade da temperatura das águas superficiais dos oceanos Pacífico e Atlântico. A análise do comportamento atmosférico com base em períodos específicos de anomalias de TSM no Atlântico Norte tropical indica que a ocorrência de TSMs mais altas (baixas) que o normal foram acompanhadas por ventos de leste mais fracos (fortes). Foram analisados os campos atmosféricos médios para os meses chuvosos de novembro a março para as variáveis Velocidade Vertical (Omega) em 500 e 850 hPa, divergência e vorticidade do vento. Os resultados obtidos demonstram que em média, a variabilidade atmosférica foi determinante no que se refere às anomalias apresentadas pela vazão. / The objective of this research was to investigate the linear relation between the sea surface temperature (SST) over Pacific and Atlantic oceans and the outflow of the Madeira river, located at the southern part of the Northern region of Brazil. The investigation considered monthly, seasonal and annual scales, to the period between 1968 to 2009. The consideration about the influence of heating and cooling of oceanic areas over climate around the world constitutes the main hypothesis taken in account in the study. The research was developed based on statistical analysis considering SST, climatic indexes and river outflow data. The monthly outflow for Madeira River shows significant linear correlation to SST at specific areas over Atlantic and Pacific. Over North Atlantic, the linear correlation values are significant at the tropical and north sectors, namely AT3 and AT1, respectively. The subtropical sector of North Atlantic presents positive correlation but not too expressive as the tropical and north areas of Atlantic. South Atlantic does not present significant values of linear correlation with the river outflow. The area with significant correlation over North Atlantic (AT1) presents maximum negative values ranging between -0,6 and -0,4. In general, the greater the interval between river outflow and SST data, greater is the linear correlation values. SST data from the western sector of tropical Pacific presents strong negative correlation with Madeira River outflow data, and shows maximum values ranging between -0,7 and -0,4. The areas to the West of Pacific showing high negative correlation were named PA1 and PA3, to northern and southern sectors, respectively. A small area that shows significant positive linear correlation to the river outflow data, PA2, is located over the eastern side of Pacific basin, very closed to the coast of Chile. In this area, the linear maximum correlation values range between 0,2 and 0,4. Linear correlation analysis between annual river outflow data and climatic indices indicates that PDO, MEI and NAO are those more correlated with the river outflow data, presenting values equal to 0,89, 0,86 e 0,85, respectively. Based on averaged SST and climatic indices well correlated to the Madeira River outflow data, a stochastic model was developed in order to forecast the river outflow in seasonal scale. SST from west of tropical Pacific, PA1, and from tropical North Atlantic, AT3, were selected to build up the stochastic model. The stochastic model was developed considering the first half of the total series, between 1968 and 1988, while the last period was used to validate the model, between 1989 and 2009. The linear adjusting over the first period reach a determining coefficient equal to 78% and the normalized mean error obtained for the second period was equal to 40%. Thus, we conclude that the seasonal outflow for Madeira River is a climatic variable that can be forecast based on the SST variability over specific areas on Pacific and Atlantic oceans. The analysis of atmospheric behavior based on specific periods of SST anomalies in the tropical North Atlantic indicates that the occurrence of SSTs higher (lower) than normal was accompanied by easterly winds weak (strong). We analyzed the average atmospheric fields for the rainy months from November to March for variables Vertical Speed (Omega) at 500 and 850 hPa, divergence and vorticity of the wind. The results show that approximately the atmospheric variability was decisive with regard to the deficiencies presented by the ouflow.

This thesis examines previously unresolved issues regarding the fluid dynamics of the spread of buoyant water into a rotating environment. We focus in particular on the role that finite potential vorticity and background turbulence play in determining the flow properties. When water of an anomalous density enters into an oceanic basin, gravity-driven surface flows can be established as a result of the density difference. These flows are often of a sufficiently large scale that the dynamics are affected by the Coriolis force arising from the rotation of the earth. This causes the formation of a large outflow gyre near to the source which feeds into a propagating gravity current that is confined to the coast. Previous experimental work in this field has sought to simplify the problem through the use of a point source and a quiescent ambient. We extend this work to provide a better representation of the real-world flow by introducing a source of finite depth and background turbulence to the rotating ambient. This study seeks to answer three key questions that are critical to the understanding of the flow behaviour in this scenario. First, what is the effect of the finite potential vorticity of the outflow on the properties of the outflow vortex and the boundary current? Second, what role does the presence of the the outflow vortex play in determining the behaviour of the current? Third, what is the effect of background turbulence on the flow properties? To carry out the investigation, experiments were conducted in the laboratory and compared with a theoretical description of the flow. The currents are generated inside a rotating tank filled with saltwater by the continuous release of buoyant freshwater from a source structure located at the fluid surface. A horizontal source of finite depth is used to introduce finite potential vorticity into the outflow. The impact of background turbulence is examined by introducing an oscillating grid into the rotating tank. We find that the finite potential vorticity of the outflow plays an important role in determining the flow properties for sufficiently low Rossby and Froude number. As the value of these parameters is increased a zero potential vorticity model is able to capture the key elements of the flow behaviour. The outflow vortex is found to act as a time-varying source to the boundary current, with the current velocity fixed by the vortex velocity field. The vortex vorticity is seen to decrease with time, while the vortex radius continues to increase at late times despite the vortex having reached a limiting depth, which enables potential vorticity to be conserved and the current to be supplied with a non-zero velocity. Finally, the structure of the background turbulence is found to be key in determining the effect that it has on the flow properties, with different behaviours observed for three-dimensional and quasi- two-dimensional turbulence.