Esta tese estuda a sensibilidade e memória do clima global ao aumento do gelo marinho Antártico, levando em consideração o tempo de persistência dos máximos de gelo (concentração e espessura) sob condições climáticas atuais. A sensibilidade das \emph{storm tracks} no Hemisfério Sul e do clima da América do Sul ao aumento do gelo marinho também são analisadas, bem como o mecanismo envolvido na restauração do equilíbrio climático. Dois grupos de experimentos foram realizados. No primeiro o gelo marinho é simulado por um modelo de única camada que desconsidera a reologia do gelo, impedindo que o gelo mova quando espesso. No segundo, o gelo marinho é simulado por um modelo multi-camadas que resolve explicitamente a dinâmica do gelo. Cada clima é perturbado com um extremo de condições positivas (\emph{Max}) e climatológicas (\emph{ctl}) de concentração e espessura de gelo marinho Antártico em um conjunto de 30-membros integrados por 10 anos cada. Alterações nas \emph{storm tracks} são analisadas através de um método automatizado de identificação e rastreio de ciclones extratropicais com base em vorticidade relativa. Os resultados mostram que um extremo de gelo marinho Antártico é capaz de persistir $\sim$4-anos sob condições climáticas atuais. Nos 4 anos seguintes o gelo marinho nos experimentos \emph{Max} é semelhante àquele dos experimentos \emph{ctl} e nos últimos 2-anos as diferenças (\emph{max- ctl}) de gelo marinho são negativas. A persistência dos máximos de gelo marinho varia setorialmente e em função do tipo de modelo de gelo. A presença de máximos de gelo marinho Antártico reduz a temperatura do ar dos baixos aos médios níveis da troposfera. O resfriamento das altas latitudes aumenta o transporte de calor para sul e a convergência em baixos níveis. A pressão média ao nível do mar é reduzida (aumentada) sobre as altas (médias) latitudes, padrão típico da fase positiva do Modo Anular Sul. O fluxo de calor sensível do oceano para a atmosfera é intenso nas margens do gelo marinho, onde a baroclinia da atmosfera também aumenta. Os ventos de oeste se intensificam ao sul de $50^{0}$S e se enfraquecem entre $45^{0}$S e $10^{0}$S. A corrente de jato polar se intensifica em direção aos pólos enquanto o jato subtropical se enfraquece em direção ao equador. Em resposta ao fortalecimento do jato polar, a densidade de trajetóricas dos ciclones, ciclogênese e ciclólise aumenta sobre as altas (médias) latitudes. Com o deslocamento das tempestades para sul, a atividade dos distúrbios transientes é reduzida sobre a América do Sul, bem como a formação de ciclones sobre as duas principais regiões ciclogenéticas (em $30^{0}$S e $45^{0}$S). O enfraquecimento do jato subtropical contribui para aumentar a estabilidade estática da atmosfera e reduzir a taxa de precipitação sobre a América do Sul. Os fortes ventos de oeste fortalecem a Corrente Circumpolar Antártica e, conseqüentemente, a deriva de Ekman para o norte. O derretimento do máximo de gelo marinho gera uma entrada da água fria e pouco salina na camada de mistura do Oceano Austral. A medida que essa água superficial flui para o norte há ressurgência da água mais quente e salina (observada abaixo da camada de mistura do oceano) na Divergência Antártica ($60^{0}$S). A memória climática ($\sim$8-anos) armazenada nas camadas superiores do oceano modula a intensidade e duração da resposta atmosférica ao máximo de gelo marinho. / This thesis explores the sensitivity and memory of the global climate to increased Antarctic sea ice, taking into account the persistence of sea ice maxima (in concentration and thickness) under current climate conditions. Moreover, the sensitivity of the Southern Hemisphere storm tracks and the South America climate to increasedAntartictic sea ice are also studied as well as the mechanisms involved in restoring the climate balance. In order to isolate the impacts of sea ice dynamics, two sets of sensitivity experiments are performed with the GFDL CM2.1 coupled climate model. In the first set the sea ice is simulated by a simple slab sea ice model which neglects the sea ice dynamics whereas in the second the sea ice is simulated by a sophisticated multi-layer model. The current climate is perturbed with maximum conditions of Antarctic sea ice (max) and compared to the respective control simulation (ctl). The four numerical experiments are integrated for 10 years each in a large 30-member ensemble. The changes to the Southern Hemisphere extratropical cyclones are analysed through an automated of cyclone identification and tracking based on relative vorticity. The impact of increased Antarctic sea ice on the South America climate is analysed through changes in the precipitation regime and the associated atmospheric systems. The results show that a maximum condition of Antarctic sea ice is able to persist $\sim$4-years under current climate conditions.In the following 4-years of model integration the sea ice in the max experiments is similar to that of the ctl experiments and in the last 2-years the (max-ctl) sea ice differences are negative. However, the persistence of Antarctic sea ice maxima varies sectorally and according to the sea ice model type. The Antarctic sea ice maxima reduce the air temperature from the low to mid-levels. This increases the poleward meridional temperature gradient, resulting in air ascending over the high-latitudes.The mean sea level pressure is reduced (increased) over the high (mid)-latitudes, a typical pattern of the Southern Annular Mode positive phase. The sensible heat flux from the ocean to the atmosphere is intensified at the sea ice edges increasing the atmospheric baroclinicity there. The westerly winds are intensified south of 50$^{°}$S and weakened from 45$^{°}$S to 10$^{°}$S. The polar jet stream intensifies poleward whereas the subtropical jet stream weakens toward the Equator. In response to the polar jet strengthening, the cyclone track density, cyclogenesis and cyclolysis have increased (decreased) over the high (mid)-latitudes. The eddy activity is reduced over South America as well as the cyclogenesis over the two main regions (at 30$^{°}$S and 45$^{°}$S ). The weaker subtropical jet contributes to enhanced atmospheric static stability and reduces the precipitation rate over South America. The stronger westerlies strengthen the Antarctic Circumpolar Current and, consequently, the Ekman drift northward. The melting of the sea maximum generates an imput of cold and fresh melt water into the ocean mixed-layer of the Southern Ocean (from the surface to 100 m ). As this surface water flows northward there is upwelling of the warmer and saltier water (observes below the ocean mixed-layer) on the Antarctic Divergence (60$^{°}$S). The climate memory stored in the upper ocean layers ($\sim$8-years) modulates the intensity and timing of the atmospheric response.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:urlib.net:sid.inpe.br/plutao/2014/11.19.18.13.54-0 |
| Date | 28 November 2014 |
| Creators | Cláudia Klose Parise |
| Contributors | Luciano Ponzi Pezzi, Nelson Jesuz Ferreira, Mauricio Magalhães Mata, Kevin Ivan Hodges |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia, INPE, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE, instname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, instacron:INPE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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