Estudo das trocas horizontais e verticais de energia durante episódios de ZCAS: influência da resolução das análises e dos modelos e da parametrização de convecção

• Main Author: Renata Weissman Borges Mendonça
• Other Authors: José Paulo Bonatti
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2005/08.24.18.43

As trocas horizontais e verticais de energia para um composto de sete episódios de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) foram estudadas a partir das análises do National Centers for Environmental Prediction (NCEP) com resoluções T062L28, T126L28 e T170L42, utilizando a teoria de decomposição em modos normais descrita em Kasahara e Puri (1981). O estudo foi dividido em duas partes: uma observacional, onde foi realizada uma análise energética do composto de ZCAS, considerando-se a partição vertical de energia entre os modos externos e internos, e as interferências entre os modos horizontais de oscilação Rossby, Kelvin, Misto Rossby-Gravidade, Gravidade Oeste e Leste; e uma parte de modelagem, em que se avaliou o desempenho do Modelo Global do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) em simular a energética modal para o composto de ZCAS, enfatizando-se a influência da resolução espacial do Modelo e de diferentes parametrizações de convecção profunda: Kuo, Relaxed Arakawa-Schubert (RAS) e Grell. Observou-se um máximo de porcentagem de energia total (em torno de 60%) para os modos internos 4 a 7, com alturas equivalentes entre 100 e 600 metros, especialmente sobre grande parte da América do Sul central e próximo ao equador, incluindo a região da ZCAS; e um máximo secundário para a categoria de modos externos (n=1 a 3), mais significativo em latitudes altas e diminuindo em direção ao equador. Para a partição horizontal de energia, as maiores contribuições foram obtidas para as auto-interações dos modos Rossby e Kelvin e interações (produto cruzado) entre os modos Rossby-Kelvin, em todas as categorias de modos verticais, sendo estas últimas responsáveis pelas interferências construtivas de energia na região da ZCAS. As interações de energia entre os modos verticais mostraram um aumento da porcentagem de energia dos Baixos Níveis para a Estratosfera, com máxima interferência positiva (negativa) de energia em Altos Níveis (Estratosfera), para os modos internos 4 a 7. Os resultados dos experimentos de modelagem mostraram que as previsões utilizando os esquemas de convecção profunda Kuo, RAS e Grell foram semelhantes entre si e apresentaram uma boa concordância em relação aos padrões obtidos na parte observacional. O emprego de diferentes esquemas de convecção profunda não apresentou impactos significativos na partição e interação de energia entre os modos verticais e horizontais. Um impacto maior foi obtido com o aumento da resolução vertical das Análises e do Modelo, de 28 para 42 níveis, em que um maior número de modos internos apresentam um papel relevante nas trocas horizontais e verticais de energia. === The horizontal and vertical energy exchanges for a composite of seven South Atlantic Convergence Zone (SACZ) episodes were studied by expansion into three-dimensional normal mode functions (Kasahara and Puri, 1981) using the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) analyses with T062L28, T126L28 e T170L42 resolutions. In the first part of this study (observational part), energetics analyses for the SACZ composite were performed with an emphasis on the vertical energy partition between external and internal modes and on the energy interactions within and between various horizontal oscillation modes, such as Rossby, Kelvin, Mixed Rossby-Gravity and West and East Gravity modes. In the second part (modelling experiments), the performance of the CPTEC Global Model in simulating the modal energetics for the SACZ composite was evaluated, emphasizing the influence of the model resolution and the three different deep convection parameterizations: Kuo, Relaxed Arakawa-Schubert (RAS) and Grell. A maximum share of the total energy (about 60%) was found in the 4th to 7th internal modes with equivalent depths between 100 and 600 meters, especially over the great part of the central South America and near equator including the SACZ region. As the latitude increases, the energy is distributed towards the lower order modes (n = 1 to 3) with the external modes category becoming dominant at higher latitudes. For the horizontal energy partition, the most expressive contributions were obtained for the auto-interactions of the Rossby and Kelvin modes and for Rossby- Kelvin cross interactions in all vertical modes categories. The Rossby-Kelvin cross interactions were the main process for constructive energy interferences in the SACZ region. The vertical modes interactions indicated that the percentage of total energy increases from low levels to the stratosphere with maximum positive (negative) interferences in high levels (stratosphere), in the 4th to 7th internal modes. The results from the modelling experiments showed that the model predictions using the Kuo, RAS and Grell deep convection schemes were similar with each other, and had a good agreement with the patterns obtained in the observational part. The use of different deep convection schemes did not present significant impact in the partition and interaction of energy between vertical and horizontal modes. A greater impact was obtained increasing the vertical resolution of the analyses and the model from 28 to 42 levels. A greater number of internal modes shows a relevant role in the horizontal and vertical energy exchanges, in terms of representing the observed characteristics.