%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2021/03.15.14.27
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2021/03.15.14.27.05
%T Condições atmosféricas em superfície favoráveis à ocorrência de ressacas em Santos, SP, e tendências para o clima futuro
%J Atmospheric surface conditions required to storm surge occurrence in Santos, SP, and climate future changes
%D 2021
%8 2021-02-18
%9 Dissertação (Mestrado em Meteorologia)
%P 81
%A Silva, Marcely Sondermann da,
%E Nobre, Paulo (presidente),
%E Chan, Chou Sin (orientadora),
%E Dereczynski, Claudine,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K projeções climáticas, ciclones extratropicais, alta resolução, climate projections, extratropical cyclones, high resolution.
%X Eventos de ressaca em Santos, São Paulo, têm se tornado mais frequentes desde o final dos anos 90, conforme registrado por observações. Esses eventos podem provocar transtornos à navegação, às operações em plataformas de petróleo e destruições de áreas costeiras. O objetivo principal do presente trabalho é caracterizar as mudanças nas condições favoráveis à ocorrência das ressacas na cidade de Santos a partir de projeções climáticas futuras. A ressaca pode ser definida quando a altura significativa da onda que atinge a costa é igual ou superior a 2,5 metros e persiste por pelo menos 24 horas. Foram encontrados 89 dias de ressaca em Santos a partir dos dados de altura significativa de onda da Quinta Geração da Reanálise Atmosférica (ERA5) produzida pelo European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), para os meses de maio no período de 1981 a 2010. A partir do campo de pressão ao nível médio do mar e vento a 10 metros, os 89 casos de ressaca foram agrupados através da técnica de agrupamento K-means, resultando em 3 padrões meteorológicos favoráveis à ocorrência de ressacas. Para verificar a capacidade do modelo regional Eta, aninhado ao modelo global Brazilian Earth System Model (BESM) na resolução espacial de 20 km, em reproduzir esses padrões, comparou-se os campos meteorológicos diários do modelo com cada um dos três padrões favoráveis a ressacas obtidos da reanálise ERA5. Essa comparação foi realizada por meio de correlação espacial. Os resultados mostram que: 1) O Padrão 1, apresenta 10 casos e é caracterizado pela presença de um ciclone no litoral da cidade de Santos com ventos intensos e paralelos à costa; 2) O Padrão 2, com 22 casos, apresenta uma extensa pista de ventos intensos sobre o oceano, formada por um sistema de alta pressão ao sul e uma baixa pressão ao norte, em torno da latitude 30°S sobre o Oceano Atlântico Sul; 3) O Padrão 3 apresentou o maior número de eventos, 57 casos, e é caracterizado pela presença de ventos de sudoeste, provenientes de uma alta pressão sobre o continente e a presença de um cavado sobre o oceano. Os resultados mostraram que o Eta-BESM 20 km teve um bom desempenho em reproduzir os padrões favoráveis a ressacas. A distribuição de número de casos simulados entre os três padrões corresponde à distribuição encontrada na reanálise, apresentando mais casos no Padrão 3 e menos no Padrão 1. Em geral, o modelo apresentou ventos mais intensos sobre o oceano nos três padrões em comparação com a reanálise. A mesma comparação, utilizando a correlação espacial entre os campos dos padrões atmosféricos da reanálise e do modelo, foi realizada para a detecção de casos de ressacas no clima futuro, entre os anos de 2031 e 2060, utilizando dois cenários de emissão de gases do efeito estufa, RCP4.5 e RCP8.5. As projeções climáticas mostram que os padrões atmosféricos favoráveis a ressacas irão ocorrer com menor frequência no período futuro. Contudo, nota-se que os eventos poderão ser mais intensos, uma vez que ambos os cenários projetam ventos mais intensos para o Padrão 1. Para os outros padrões, não há mudanças evidentes. A fim de avaliar os impactos locais na zona costeira de Santos e obter um maior detalhamento dos dados e informações, é gerado o segundo downscaling do modelo Eta, alcançando a resolução espacial de 5 km. O segundo downscaling dinâmico, na resolução de 5 km, permitiu um maior detalhamento dos impactos locais das condições atmosféricas dos potenciais dias de ressacas no litoral de Santos. As simulações do clima presente, período de 1976 a 2005, mostraram que a atuação de sistemas de escala sinótica nos eventos de ressacas, sobrepuseram-se aos efeitos da circulação de mesoescala. As projeções futuras mostram maiores acumulados de chuva sobre o oceano no Padrão 1, que apesar da menor ocorrência em relação ao clima presente, tornou-se mais intenso, o que pode causar mais impactos negativos à cidade de Santos. Já os Padrões 2 e 3 no futuro, mostraram a precipitação concentrada ao longo de todo o litoral da Baixada Santista. ABSTRACT: According to observations, storm surge events in Santos have become more frequent since the 1990s. These events can disrupt navigation and operations on oil platforms and, destruction of coastal areas. The main goal of this work is to characterize the changes in atmospheric surface conditions required for storm surges in the city of Santos, SP, through projections of future climate. The storm surge can be defined when the significant wave height at the coast is equal to or greater than 2.5 meters and it remains for at least 24 hours. It was founded 89 storm surge days in Santos from significant wave height data from the Fifth Generation of Atmospheric Reanalysis (ERA5) conducted by the European Center for Medium-Term Meteorological Forecasts (ECMWF), in May to the period from 1981 to 2010. The 89 cases of storm surge were clustered using the K-means clustering technique. It resulted in 3 meteorological patterns favorable to the occurrence of storm surges. These patterns were based on fields of mean sea level pressure and wind at 10 meters. The capacity of the Eta regional model nested with the Brazilian Earth System Model (BESM) global model in the 20 km spatial resolution, in reproducing these patterns was verified. The daily meteorological fields were compared with each of the three patterns favorable to storm surges obtained from the ERA5 reanalysis. This comparison was made using spatial correlation. The results show that: 1) Pattern 1 shows 10 cases and it is characterized by the presence of a cyclone on the coast of the city of Santos with intense winds parallel to the coast of Santos; 2) Pattern 2, with 22 cases, shows a large wind fetch over the ocean, it is created by a system of high pressure in the south and low pressure in the north, around latitude 30°S over the South Atlantic Ocean; 3) Pattern 3 shows the largest number of events, 57 cases, and it is characterized by the presence of southwest winds, coming from high pressure on the continent and the presence of low pressure over the ocean. The results showed that the Eta-BESM 20 km performed well in reproducing patterns favorable to storm surges. The distribution of the simulated cases among the three patterns corresponds to the distribution founded in the reanalysis. There are more cases in Pattern 3 and fewer in Pattern 1. In general, the model presented more intense winds over the ocean in the three patterns compared to the reanalysis. The same comparison was made to the detection of storm surge cases in the future climate, between the years 2031 to 2060, using two scenarios of greenhouse gas emissions, RCP4.5 and RCP8.5. Climate projections show that atmospheric patterns favorable to storm surges will occur less frequently in the future period. However, the events may be more intense because both scenarios project more intense winds for Pattern 1. There are no evident changes in the other patterns. The second downscaling of the Eta model is generated with a spatial resolution of 5 km. It allowed for greater detail of the local impacts of the atmospheric conditions of the potential days of storm surges at the coast of Santos. The simulations of the present climate, from 1976 to 1995, showed that the performance of synoptic-scale systems in the events of storm surges overlapped the effects of the mesoscale circulation. Future projections show more accumulated rainfall over the ocean in Pattern 1. Despite the lower occurrence with the present climate, Pattern 1 has become more intense. It may cause more negative impacts on the city of Santos. On the other hand, Patterns 2 and 3 in the future showed concentrated rainfall along the entire Baixada Santista coast.
%@language pt
%3 publicacao.pdf