VARIABILIDADE INTRASAZONAL





INTRODUÇÃO

Estudos sobre a variabilidade intrasazonal revelam que o sinal de baixa frequência da Oscilação de Madden-Julian (OMJ) (30-60 dias) é o mais importante na faixa tropical, modulando a atividade convectiva, principalmente na região da Indonésia, Pacífico equatorial central, Nordeste e Sudeste do Brasil (Madden e Julian, 1971;1972; Weickmann et al., 1985; Kousky e Kayano, 1994; Madden e Julian, 1994; Repelli et al., 1998; Liebmann et al., 1999; Marton, 2000; Vitorino, 2002). No entanto, escalas intrasazonais de freqüências mais altas parecem influenciar de modo significativo às condições atmosféricas nas latitudes subtropicais, como é o caso das regiões Sul e Sudeste do Brasil com o sinal na escala de tempo de 15 a 25 dias. As figuras mostradas na climatologia (análise climatológica) por escala intrasazonal foram obtidas a partir dos dados diários de Radiação de Onda Longa Emergente (ROLE) para o período de janeiro de 1979 a dezembro de 1996. O método da análise de ondeletas foi aplicado à anomalia de ROLE, conforme descrito a seguir (Vitorino, 2002).

A análise de ondeletas (AO) é útil para detectar, analisar e caracterizar as escalas de tempo que afetam os sistemas atmosféricos sobre a América do Sul e oceanos adjacentes como é o caso da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), dos Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN), da Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS), Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e os Sistemas Frontais. Esta ferramenta revela a estrutura temporal das séries temporais não-estacionárias. O reconhecimento que a AO possui propriedades matemáticas capazes de quantificar as relações tempo-escala em meteorologia, estimula muitas pesquisas em mesoescala e na escala sinótica. Entretanto, apesar da literatura ainda ser incipiente sobre a aplicação desta ferramenta no estudo dos fenômenos meteorológicos de escala sinótica, todas as indicações levam a crer que este método venha a auxiliar de modo eficiente em estudos deste tipo (Fournier, 2000). Desta forma, este trabalho é inovador no estudo do comportamento da atmosfera associado à variabilidade intrasazonal sobre a América do Sul e oceanos vizinhos.

Os campos da climatologia por escala intrasazonal apresentados referem-se à energia de ondeleta da anomalia de ROLE para as escalas de 45 dias, representativa da banda de 30-60 dias das OMJ, a de 25 dias, da banda de 20-30 dias relacionada com as oscilações trópico-extratrópicos, as de 15 e 7 dias estão associadas aos distúrbios transientes de latitudes médias que ocorrem nas bandas espectrais de 10-20 e 2-10 dias, respectivamente.

MÉTODO DE ANÁLISE DE ONDELETAS ("WAVELETS")

A Análise de Ondeletas (AO) foi desenvolvida pela necessidade de descobrir uma ferramenta que mostrasse as reais características do sinal a ser estudado. Assim, Gabor (1946) foi um dos primeiros a tentar modificar a Transformada de Fourier (TF) para uma análise do sinal em tempo-escala. O resultado da técnica de Gabor foi denominado de Transformada de Fourier com janela móvel. Segundo Gabor deve-se manter o compromisso entre o estudo do sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência, o qual é denominado de "relação de incerteza" e é conhecido como Príncipio de Incerteza de Heisenberg. O grande inconveniente do método de Gabor é possuir janela de comprimento fixo, uma desvantagem quando se desejam analisar sinais cujas variações contêm ordens de grandeza muito variáveis como, por exemplo, o sinal geofísico em geral e, em particular, o sinal meteorológico.

Na verdade, a AO surgiu na década de 80 com Morlet (1982). Este foi o primeiro a introduzir a AO contínua unidimensional, juntamente com Grossman e Morlet (1984). O método de ondeleta satisfaz o Príncipio de Heisenberg, através das janelas flexíveis, as quais alargam-se enquanto estão se analisando as baixas frequências e se estreitam quando focaliza as altas frequências.

O termo ondeleta refere-se a um conjunto de funções com forma de pequenas ondas geradas por dilatações (a) e translações (b) de uma função simples de variável real t, algumas vezes chamada de ondeleta-mãe. As funções derivadas da ondeleta-mãe são denominadas ondeletas filhas, ou simplesmente ondeletas (Weng e Lau, 1994). Esta função deve ser quadraticamente integrável dentro de um intervalo real, ou espaço , ou seja, deve apresentar energia finita. Define-se matematicamente a função ondeleta numa escala a e posição b, onde a e b são valores reais, e a > 0, como sendo:

(2.1)

A transformada em ondeletas contínua da função é definida pela seguinte equação:

(2.2)

onde é a função que constitui a série de dados a ser analisada. O termo é utilizado para normalizar a energia de cada ondeleta.

Na literatura existem muitas funções utilizadas para gerar várias ondeletas (Daubechies, 1992; Foufoula-Georgiou e Kumar, 1994). Neste trabalho a função ondeleta utilizada é a de Morlet. Esta ondeleta é complexa e possui características semelhantes àquelas do sinal meteorológico que se deseja analisar, tais como simetria ou assimetria, e variação temporal brusca ou suave. Segundo a literatura, este é um critério para escolha da função ondeleta (Weng e Lau, 1994).

A função de Morlet é dada pela seguinte expressão:

(2.3)

que representa uma onda modulada por um envelope Gaussiano, como pode ser visto na Figura 2.1.


FIGURA 2.1: Funcão Morlet para .

As ondeletas geradas utilizam e são calculadas da seguinte maneira:

(2.4)

Inicialmente, a análise de ondeletas foi aplicada ao conjunto de dados unidimensionais, ou seja, para cada ponto de grade da região de estudo e selecionadas as escalas de tempo intrasazonais mais significativas, com base na máxima energia de ondeleta do período de 1979 a 1996. Após a obtenção dos coeficientes de ondeletas (2.4) a partir do conjunto de dados unidimensionais foram calculados a energia de ondeletas da seguinte maneira.

(2.5)