b - Revista Brasileira de Meteorologia

Revista Brasileira de Meteorologia; 1990: Vol. 5(1), 379-387
A CIRCULAÇAO DA ALTA DA BOLIVIA E A ATIVIDADE CONVECTIVA SOBRE A
AMÉRICA DO SUL
CHARLES JONES' & JOHN D. HOREL
Dept. of Meteorology - 819 WBB
University of Utah
Salt Lake City - UT 84112, USA
RESUMO
São analisadas as relações entre as variações intrasazonais na posição da Alta da Bolívia e a atividade convectiva sobre a América do Sul. Os resultados obtidos na composição de dados sugerem que as variações de baixa frequência da atividade convectiva
sobre a bacia Amazônica estão desacopladas das variações intrasazonais na posição
da Alta da Bolívia. Por outro lado, os resultados indicam relações consistentes entre
mudanças na posição da Alta da Bolívia e a atividade convectiva a longo dos Andes e
sobre a Zona de Convergência do Atlântico (ZCAS).
The relationships between intraseasonal variations in the position of the Bolivian high
and convective activity over South America are investigated. Results based on
composites indicate that low-frequency variations in convective activity over the
Amazon Basin are effectively decoupled from similar fluctuations in the position of the
Bolivian High. On the other hand, results indicate consistent relationships between
changes in the position of the Bolivian High and convective activity along the Andes
mountains and over the South Atlantic Convergence Zone (SACZ).
Durante a épocá de verão no Hemisfério Sul, forte
atividade convectiva e intensa precipitação ocorrem sobre
a região tropical da América do Sul. Vários estudos observacionais mostram que, associada com esta região de
nuvens cumulus e precipitação intensa, existe uma circulação anticiclonica nos altos níveis da troposfera. Esta circulação 6 denominada de Alta da Bolívia (Kruels et al.,
1975; Sadler, 1975; Virji, 1981). Alguns estudos observacionais e outros numéricos sugerem que a intensa atividade convectiva e a consequente liberaçio de calor latente fornecem o mecanismo necessário para manter a
circulação anticiclônica em altos níveis (Gutman &
Schwerdtfeger, 1965; Silva Dias et al., 1983; De Maria,
1985; Gandu & Geisler, 1990).
Análises globais e regionais de variações de baixa
frequência da atividade convectiva mostram que estas
fiutuaçóes são importantes sobre a América do Sul. Flutuaçóes interanuais associadas com o fenômeno de El
Nino/Oscilaçáo Sul (ENSO) são bastante pronunciadas ao
longo da costa oeste da América do Sul (Horel & Cornejo-Garrido, 1986). Rogers (1987) e Aceituno (1989) analisaram dados de precipitação, nebulosidade e outros parâmetros da circulação sobre a América do Sul. Estes
estudos mostraram que existe uma certa sensibilidade
regional relacionada com o fenômeno ENSO.
Flutuaçóes intrasazonais são bastante importantes
na região do Pacífico oeste. Estudos observacionais e
numéricos sugerem que a oscilação de 30-60 dias se propaga de oeste para leste ao redor da região tropical
(Knutson & Weickmann, 1987; Pitcher & Geisler, 1988).
Endereço atual: Atmospherlc Science Program, Department of Land, Air and Water Resaurcss, Univenity of California. Davis,
California 95616, USA
Charles Jones & John D. Horel
Assim, seria de se esperar que tais flutuações fossem evidentes também sobre a América do Sul. No entanto, resultados de u m estudo da oscilação de 30-60 dias por
Knutson & Weickmann (1987) revelam que a amplitude
dessas oscilações é bastante pequena sobre a região tropical da América do Sul, sendo que as maiores amplitudes são observadas nas vizinhanças da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Casarin & Kousky (1986)
tambkm mostraram evidências adicionais de que flutuaçóes intrasazonais na ZCAS fazem parte da oscilação de
3 - 6 0 dias.
Este artigo aborda alguns aspectos da variabilidade
de baixa frequência associada com a circulação de grande
escala sobre a América do Sul durante a época de verão.
E m particular, este artigo tem por objetivo estudar como
variações na atividade convectiva sobre a América do Sul
se relacionam com flutuações intrasazonais na posição da
Alta da Bolívia. Além disto, este artigo procura elucidar se
flutuações na intensidade da Alta da Bolívia estão relacionadas com mudanças na circulação em outras regiões
do Hemisfério Sul.
2. DADOS E METODOLOGIA
Dois conjuntos de dados são utilizados neste trabalho. Análises globais do Centro Europeu de Previsão
de Tempo a Médio Prazo (ECMWF) são usadas para descrever a circulação da alta troposfera sobre a América do
Sul e suas vizinhanças. Bengtsson et al. (1982) descrevem
com detalhes o sistema de assimilação de dados usado
pelo ECMWF. Em particular, este trabalho utiliza o campo de altura geopotencial em 200 m b em uma grade global com resolução de 2,50 em latitude por 2,50 em longitude. O arquivo original de dados compreende duas
análises diárias (00-122) e estende-se de janeiro de 1980
a dezembro de 1987.
O segundo conjunto de dados é composto de dados
de radiação de ondas longas (OLR) medidos por satélites
de órbita polar. Gruber & Krueger (1984) documentam a
natureza destes dados. Os dados de OLR foram interpolados para a mesma grade utilizada nos dados do
ECMWF (2,5O em latitude por 2,5O em longitude). Todavia, os dados de OLR estendem-se de 27.5% a 27.5ON.
Como no caso dos dados do ECMWF. duas observações
diárias são disponíveis e o registro de dados estende-se
de janeiro de 1980 a dezembro de 1987.
Pêntadas (médias de cinco dias) são usadas neste
estudo a fim de se analisar as variações de baixa freciuência da circulação de grande escala. As pêntadas foram
obtidas usando-se as duas observações diárias. O registro de dados começa então com a pêntaaa que cobre O
período de 1-5 de janeiro de 1980 e termina com a pênta-
da correspondente ao período de 27-31 de dezembro de
1987. Neste artigo, são discutidas as variações de baixa
frequência durante a estação de verão, definida por 18
pêntadas entre 2 de dezembro e 1 de março. Embora variações diurnas e de escala sinótica sejam importantes na
circulação de grande escala sobre a América do Sul,
pêntadas são usadas neste estudo para remover as variações diurnas e de escala sinótica. O principal motivo para
este procedimento é que este estudo enfoca as variaçóes
de baixa frequência. Além disto, as variações diurnas não
40 adequadamente representadas com somente duas
observações diárias.
O ciclo anual e as variações interanuais foram removidas das séries temporais de acordo com a metodologia descrita a seguir. Para se remover os efeitos do ciclo
anual, foram computadas pêntadas climatológicas usando-se os oito anos de dados. Em seguida, fez-se a diferença entre cada pêntada individual e a correspondente
pêntada climatológica, resultando em anomalias. Séries
temporais baseadas em tais anomalias contém variações
intrasazonais (10-90 dias) e variações interanuais (ano-aano). Para se remover as variações interanuais, calculouse as anomalias sazonais médias para cada estação de
verão. E m seguida, fez-se a diferença entre a anomalia
média sazonal correspondente e cada pêntada individual.
Séfies temporais baseadas em tais anomalias contem
somente variações intrasazonais.
3. RESULTADOS
A atividade convectiva e a circulação de grande escala nédia durante o verão são mostradas na Fig. 1. Oito
anos de dados de OLR e de análises do ECMWF foram
usados no cálculo da climatologia de verão. Uma vez que
a temperatura do topo das nuvens cumulus é apreciavelmente menor do que a temperatura da superfície, o
campo de OLR é frequentemente usado como uma medida da intensidade da convecção tropical. Valores de
OLR menores do que 220 w / m 2 são observados sobre
a região tropical da América do Sul (Fig. la), o que indica
a intensa atividade convectiva que ocorre durante esta
época do ano. A climatologia dos campos de vento e de
altura geopotencial em 200 m b é mostrada na Fig. I b . O
campo de altura geopotencial claramente define uma circulação anticiclônica, conhecida como Alta da Bolívia, e O
cavado localizado a leste da América do Sul.
A fim de se estudar relações entre as variações intrasazonais na posição da Alta da Bolívia e a atividade
convectiva, foi necessário estabelecer u m critério que
objetivamente define a posição do centro da Alta da Bolívia. Evitou-se utilizar a componente vertical da vorticidade relativa, uma vez que o forte cisalhamento horizontal
A circulaçâo da alta da Bolivia e a atividade convectiva sobre a America do Sul
381
tro da Alta da Bolivia, o máximo do campo de altura geopotencial em 200 m b deve estar na grade interior (grade
B na Fig. 2). não há outro ponto na grade exterior (grade
A na Fig. 2) e a diferença de altura geopotencial entre eles
seja maior do que 5 m. Este critério elimina casos onde
uma crista existe na posição da Alta da Bolívia e enfoca a
estação de verão. A seguir, um teste é feito para determinar se existe somente um centro de curvatura. Se este
requisito é satisfeito, o centro da Alta da Bolívia é então
definido pelo ponto de grade com o mínimo valor de raio
de curvatura. Além disto, é necessário que a diferença de
altura geopotencial no centro de curvatura e o ponto de
grade com máxima altura geopotencial na grade B seja
menor do que 5 m. Estas duas últimas condiçóes ajudam
a distinguir casos ambiguos em que a Alta da Bolívia
possui uma configuração muito alongada.
Figura 1. Climatologia de verão (dezembro, janeiro e
fevereiro). (a) Campo de radiação de ondas
longas (OLR). O intervalo das isolinhas é de
10 W/m2. A região sombreada representa
OLR menor do que 220 w/m2. (b) Vento e
altura geopotencial em 200 mb. O campo de
vento B indicado por vetores (0,7 cm representa uma velocidade de 30 m/s). Isolinhas
representam altura geopotencial: o intervalo
para linhas sólidas finas é de 60 m; a linha
sólida grossa representa o contorno de 12499
m; linhas tracejadas representam altura
maior ou igual a 12420 m com um intervalo
de 10 m.
do vento observado na posição sul da Alta da Bolivia i m pede uma definição apropriada do seu centro.
U m algorítmo que usa o campo de geopotencial em
200 m b foi desenvolvido para evitar o problema acima
mencionado. Uma vez que o campo de geopotencial no
interior da Alta da Bolívia não apresenta um forte gradiente horizontal (Fig. Ib), o algorítmo usa um esquema
que combina o campo de geopotencial e o raio de curvatura dos seus contornos. Uma definição do~raiode curvatura pode ser encontrada em Petterssen (1940) e Saucier (1955).
A Fig. 2 mostra os dois domínios de grade utilizados pelo algorítmo. A fim de se definir a posição do cen-
Figura 2. Linhas sólidas grossas indicam o domínio espacial usado pelo algoritmo que define a posição da Alta da Bolívia durante o verão. Os
retângulos pequenos indicam as regiões usadas nas composiçóes de dados mostradas
nas Figs. 6-13.
A Fig. 3 mostra dois exemplos obtidos através do
algorítmo. A Fig. 3a mostra um caso 'bem definido, onde
o centro da Alta da Bolívia é indicado por um ponto. Pode-se notar que o esquema objetivo utilizado concorda
com uma determinação subjetiva do centro da Alta da
Bolivia. A Fig. 3b mostra um caso mal definido e que é
excluído das análises posteriores. Embora a Alta da Bolivia seja subjetivamente evidente, n5o é possível definir
apenas u m ponto de grade representativo do centro da
Alta da Bolívia. De u m total de 144 pêntadas disponíveis
durante a estaçáo de verão, o algorítmo selecionou 117
382
Charles Jones & John D. Horel
pêntadas onde A possível definir o centro da Alta da Bolívia. A perda de apenas 27 pêntadas de um total de 144
sugere que o algorítmo utilizado funciona satisfatoriamente na maioria dos casos.
bem diferentes da climatol6gica. Uma inspeção mais detalhada das variações sazonais na posição da Alta da Bolívia revela algumas características interessantes (não
mostrado). Em geral, o centro da Alta da Bolivia é observado na sua posição climatológica (ou ao norte dela) ate a
pêntada de número 70 (12-16 de dezembro). Somente
ap6s esta época B que o centro da Alta da Bolívia alcança
posições ao sul da posição climatológica. Por outro lado,
a Alta da Bolivia pode ser encontrada nas regiões sul da
América do Sul até mesmo depois da pêntada de número
12 (25 de fevereiro a 1 de março). Este resultado é consistente com Horel et al. (1989), onde o início e o fim da
estação chuvosa não coincide com a convenção usual de
u m período de três meses usado na definição da estação
de verão.
Figura 3. Posição do centro da Alta da Bolivia. O valor
mínimo do raio de curvatura n o centro da
Alta da Bolivia B indicado por u m ponto. Intervalo das isolinhas como na Fig. Ib. (a) Posição durante a pêntada 1-5 de janeiro de
1981. (b) Posição durante a pêntada 10-14 fevereiro de 1986.
A posição climatológica da Alta da Bolivia durante
cada pêntada do verão A mostrada na Fig. 4a. Estas posições foram obtidas aplicando-se o algorítmo acima em
cada uma das 18 pêntadas climatol6gicas. Pode-se observar que na mAdia, o centro da Alta da Bolivia está localizado ao redor de 15OS e 67,5OW. Esta posição sera
denominada de posição climatológica. Contudo, como é
mostrado na Fig. 4b. para cada pêntada individual durante as oito estações de verão, a posição do centro da
Alta da Bolívia é frequentemente observada em posições
(b)
Figura 4. Distribuição espacial da posição do centro da
Alta da Bolívia durante o verão. Os números
indicam o total de pêntadas em que o centro
da Alta da Bolivia se localiza sobre u m dado
ponto de grade. (a) Pêntadas climatológicas.
(b) Pêntadas individuais durante o período
1980-87.
A circulação da alta da Bolivia e a atividade convectiva sobre a América do Sul
A Fig. 5 mostra maiores detalhes sobre as variações
intrasazonais e interanuais na posição da Alta da Bolívia.
A Fig. 5a mostra variações intrasazonais na posição da
Alta da Bolivia durante o verão de 1985. Enquanto que
durante seis pêntadas neste verão a Alta da Bolívia localiza-se próximo a sua posição climatológica média, ela
também é observada em posições ao norte e ao sul durante o resto do verão. Note-se também que durante
quatro pêntadas deste verão, o centro da Alta da Bolivia
não pôde ser determinado. Em contraste com a Fig. 5a. a
Fig. 5b mostra que durante o E1 Nino de 1982183, a Alta
da Bolívia se localizou, em geral, em posições a oeste das
posições normalmente observadas, o que ilustra as variações interanuais na circulação de grande escala.
As relações entre a posição da Alta da Bolívia e a
atividade convectiva é examinada agora. Baseando-se na
Fig. 4a, a posição climatológica da Alta da Bolívia é definida como sendo a região delimitada por 15OS, 17,5OS,
65OW e 70°W. Esta região está indicada com linhas sólidas finas na Fig. 2. A região delimitada entre 20°S,
22,5OS, 62,5OW e 67.5OW é outra regiao onde o centro da
Alta da Bolívia é frequentemente observado. Esta região
também está indicada na Fig. 2 e será denominada de
posição sul. Esta região é usada aqui para comparação
com a posição climatológica. A técnica de composição de
dados de anomalias de altura geopotencial e OLR foi
usada para períodos quando o centro da Alta da Bolívia
está localizado sobre estas duas regiões. Dado o limitado
registro de oito anos de dados, variações interanuais na
posição da Alta da Bolívia tenderiam a introduzir incertezas nas composições. Portanto, as composições foram
determinadas removendo-se o ciclo anual e as variações
interanuais, de acordo com a metodologia descrita anteriormente.
A Fig. 6 mostra a composição de altura geopotencial em 200 m b usando 17 pêntadas quando o centro da
Alta da Bolívia está na posição climatológica. Do total de
17 casos disponíveis, 13 são eventos independentes, i.e.,
os outros quatro eventos são pêntadas consecutivas em
que a Alta da Bolivia permanece na mesma região. A fim
de melhor visualizar a circulação de grande escala e a ati-
ta)
Figura 5. Como na Fig. 4, exceto para dois verões em
particular. (a) Pêntadas durante o verão de
1985. (b) Pêntadas durante o verão de 1983.
Figura 6. Composição de anomalias de altura geopotencial em 200 mb. A composição contém
somente variações intrasazonais e é calculada
quando o centro da Alta da Bolívia está na
sua posição climatol6gica. A média sazonal
climatológica foi adicionada à composição de
anomalias. Intervalo das ísolinhas como na
Fig. 1b.
Charles Jones & John D. Horel
vidade convectiva quando a Alta da Bolívia está na posição climatológica, a média sazonal climatológica foi adicionada i composição de anomalias. Isto permite que a
circulação anomala seja evidente sem incluir as variações
interanuais, que não são corretamente representadas. A
Fig. 6 simplesmente assegura que o algoritmo usado fornece uma representação adequada da posição do centro
da Alta da Bolívia e que neste caso ele se encontra na região indicada na Fig. 1b.
A Fig. 8 mostra a composição de altura geopotencial em 200 m b quando a Alta da Bolívia está na sua posição Sul. Como na Fig. 6, a média sazonal climatológica
foi adicionada a composição de anomalias. Neste caso, 16
pêntadas foram usadas, de forma que 12 são eventos independentes.
A Fig. 7 mostra a composição das anomalias de altura geopotencial ainda quando o centro da Alta da Bolívia está na posição cimatológica. O teste estatístico t foi
usado para se determinar as regiões que tenham composição de anomalias estatisticamente significativas. Enquanto regiões com altas anomalias são evidentes em
várias regiões das latitudes médias do Hemisfério Sul,
anomalias estatisticamente significativas são observadas
em uma região ao longo da posição climatológica. Anomalias abaixo do normal e estatisticamente significativas
são observadas também nas vizinhanças da Zona de
Convergência do Atlântico Sul (ZCAS).
Figura 8. Como na Fig. 6, mas quando o centro da Alta
da Bolívia está na posição Sul.
A composição de anomalias de altura geopotencial
em 200 m b quando a Alta da Bolívia está na posição Sul é
mostrada na Fig. 9. Note-se que as anomalias são bastante altas na região usada para definir as composições
(ver Fig. 2). Pode-se notar ainda que anomalias significativas são encontradas nas latitudes médias e altas do
Hemisfério Sul.
Figura 7. Composição de anomalias de altura geopotencial em 200 mb. A composição contém
somente variações intrasazonais e é calculada
quando o centro da Alta.da Bollvia está na
sua posição climatológica. Linhas sólidas
(tracejadas) indicam anomalias positivas (negativas). O intervalos das isolinhas é de 5 m e
a isolinha de valor zero foi omitida. Regiões
sombreadas indicam valores,estatisticamente
significativos ao nlvel de 95% de significância.
Figura 9. Como na Fig. 7, mas quando o centro da Alta
da Bolívia está na posição Sul.
A circulação da alta da Bolivia e a atividade convectiva sobre a América do Sul
A composição de anomalias de OLR pa;a 17 pêntadas em que o centro da Alta da Bolívia está na posição
climatol6gica é mostrada na Fig. 10. As anomalias de
OLR são baixas, da ordem de f 15 w/m2, e são observadas ao longo da parte sul da Alta da Bolivia. Anomalias
negativas são observadas sobre as ZCAS, o que revela
uma tendência para haver convecção acima do normal.
Anomalias positivas são também observadas na região
do Atlântico equatorial. Todavia, estas anomalias estão
relacionadas com perturbações transientes na região do
Atlântico equatorial presentes somente em algumas das
pêntadas usadas na composição de dados. Note-se ainda
que a composição de anomalias no centro da bacia Amazônica são ainda menores. Estes resultados são consistentes com Jones (1990), onde séries temporais de OLR
sobre a bacia Amazônica revelam amplitudes bastante
pequenas.
Figura 11. Como na Fig. 10, mas quando o centro da
Alta da Bolivia está na posição Sul.
As Figs. 12 e 13 são similares As Figs. 10 e 11, mas
mostram as composições de anomalias de OLR adicionando-se a média sazonal climatol6gica. A Fig. 12 referese à situação em que o centro da Alta da Bolivia está na
posição climatológica e, similarmente, a Fig. 13 refere-se
quando o centro está na posição sul. Embora as anomalias de OLR mostradas nas Figs. 10 e 11 sejam pequenas,
as Figs. 12 e 13 ilustram o ligeiro deslocamento da atividade convectiva que ocorre nas periferias da Alta da Bolívia.
Figura 10. Composição de anomalias de OLR. A composição contém somente variações intrasazonais e é calculada quando o centro da Alta
da ~ o l i v i aestá na sua posição climatol6gica.
Linhas sólidas (tracejadas) indicam anomalias positivas (negativas). O intervalos da
isolinhas é de 5 W/m2 e a isolinha de valor
zero foi omitida. Regiões sombreadas indicam valores estatisticamente significativos
ao nivel de 95% de significância.
A Fig. 11 mostra a composição de anomalias de
OLR quando a Alta da Bolivia situa-se na posição sul.
Enquanto que as anomalias de OLR permanecem baixas,
o sinal das anomalias é oposto ao da Fig. 10. Por exemplo, anomalias positivas sobre a parte norte da ZCAS são
observadas. Além disso, um ligeiro aumento da convecçâo (anomalias negativas) sobraa região dos Andes pode
ser observado comparando-se as Figs. 10 e 11.
Figura 12. Composição de anomalias de OLR. A composição contém somente variações intrasazonais e é calculada quando o centro da Alta
da Bolivia está na sua posição climatológica.
A m6dia sazonal climatológica foi adicionada à composição. Intervalo das isolinhas é
de 10 w / m 2 e regiões sombreadas indicam
OLR menor do que 200 W/m2.
386
Charles Jones & John D..Horel
Figura 13. Como na Fig. 12, mas quando o centro da
Alta da Bollvia está na posição Sul.
Este estudo teve por objetivo verificar as relações
existentes entre as variações intrasazonais na posição da
Alta da Bolívia e a atividade convectiva sobre a América
do Sul. U m algorítmo que define a posição do centro da
Alta da Bolívia segundo critérios objetivos foi desenvolvido para se estudar as variações intrasazonais na posição
da Alta da Bolívia. Usando a técnica de composição de
dados, comparou-se as mudanças que ocorrem nos
campos de altura geopotencial em 200 m b e de radiação
de ondas longas quando o centro da Alta da Bolívia se
desloca da posição climatológica para uma posição mais
ao sul desta.
Os resultados indicam que não há relação aparente
entre flutuações na posição da Alta da Bolívia e a atividade convectiva sobre a bacia Amazônica no domínio das
variações de baixa frequência. As composições de dados
de altura geopotencial indicam também que não se observa teleconexões significativas entre a Alta da Bolívia e
a circulação em latitudes médias. Estes resultados suge-
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rem que as variações de baixa frequência da convecção
sobre a Bacia Amazônica podem estar desacopladas das
flutuações na circulação de grande escala. Todavia, investigações adicionais são necessárias para confirmar
estes resultados.
Os resultados obtidos sugerem também fracas,
porém consistentes, relações entre o movimento da Alta
da Bolívia e a convecção ao longo dos Andes e nas vizinhanças da ZCAS. Embora as anomalias de OLR sejam
pequenas, a consistente mudança de sinal das anomalias
de OLR associadas com as mudanças na posição da Alta
da Bolívia justificam os resultados obtidos nas composições. Seria por exemplo interessante de se comparar as
anomalias de OLR obtidas neste estudo com dados de
precipitação na região da ZCAS e dos Andes. Isto poderia
fornecer indicações se as anomalias de OLR nestas regiões estão relacionadas com nuvens cumulus de pronunciado desenvolvimento vertical. Além disto, investigações adicionais são necessárias a fim de se obter um
melhor entendimento de como flutuações na atividade
convectiva na ZCAS podem estar relacionadas com flutuações similares na Zona de Convergência do Pacífico
Sul (Casarin & Kousky, 1986; comunicação pessoal, Silva
Dias, 19911.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao ECMWF por fazerem as
análises disponíveis e a Dra Julia N. Paegle pela ajuda na
obtenção destes dados. Esta pesquisa foi financiada pela
NSF-USA sob contratos ATM 87-15360 e ATM 89-13279.
O primeiro autor (C. Jones) agradece a FAPESP pelo
apoio financeiro parcial (87-1096-5) obtido durante o
programa de Mestrado na Universidade de Utah. Finalmente, os autores agradecem a Andrea N. Hahmann e
Tim Barker pelo apoio na parte computacional e aos revisores da Revista Brasileira de Meteorologia pelos comentários na versão original deste artigo.
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