Mudança climática da monção na América do Sul : avaliação de modelos do CMIP6 e mudanças projetadas

Orientadora: Profa. Dra. Alice Marlene Grimm

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 29/11/2022

Inclui referências: p. 327-335

Resumo: O sistema de monção da América do Sul (SMAS) é caracterizado por produzir alta precipitação durante o verão e seca no inverno austral sobre a maior parte do Brasil. Por ser responsável pela estação chuvosa e a maior parcela da precipitação anual, o conhecimento deste sistema, sua variabilidade e provável comportamento futuro é de grande relevância para o desenvolvimento socioeconômico da América do Sul (AS), visto que numerosos setores dependem do clima. O presente trabalho avalia como modelos participantes da sexta fase do Projeto de Intercomparação de Modelos Acoplados (CMIP6), que participam do Relatório de Avaliação 6 do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC, em inglês), reproduzem o SMAS, e quais são as mudanças climáticas previstas para este sistema no clima futuro. Além da introdução, que apresenta justificativa, contexto e objetivos, é feita uma revisão da literatura sobre o assunto, abordando desde as diferentes definições da monção até como modelos climáticos que participaram das últimas versões do CMIP simulam esse sistema. Os resultados alcançados são dispostos em quatro capítulos. O primeiro avalia como os modelos do CMIP6 representam o SMAS no clima presente. O segundo e terceiro apresentam as projeções do SMAS pelos modelos, de acordo com os cenários SSP2-4.5 e SSP5-8.5. Nesses três capítulos, são apresentadas climatologias de precipitação e circulação atmosférica, com resolução mensal e sazonal, simuladas pelos modelos analisados, e suas comparações com dados observados e dados de reanálise, no caso das simulações históricas. Além disso, modos de variabilidade de precipitação e temperatura da superfície do mar (TSM) são determinados, a fim de verificar a simulação da variabilidade climática pelos modelos, especialmente a associada ao El Niño-Oscilação Sul (ENOS). As análises revelam que a média do conjunto de todos os modelos e o modelo IPSL-CM6A-LR possuem melhor desempenho ao reproduzir o clima presente da AS. Já o modelo CESM2, é o melhor em representar o ENOS no clima presente. Embora a média do conjunto de todos os modelos seja melhor na reprodução do clima, em aspectos específicos, como a representação do ENOS, alguns modelos mostram melhor desempenho do que a média do conjunto. Assim, embora na análise de previsões, a média de um conjunto de rodadas de um certo modelo é melhor do que uma única rodada, a média de um conjunto de modelos, nem sempre fornece melhor resultado do que o melhor modelo. Diferenças entre clima futuro e presente também são exploradas ao abordar resultados de projeções. O quarto capítulo de resultados apresenta os principais impactos do ENOS no clima presente e no clima futuro nos dois cenários. No futuro, o aumento da TSM tropical devido às mudanças climáticas será similar ao padrão El Niño e, portanto, os impactos na precipitação da AS serão característicos da fase positiva do ENOS. As análises apresentadas pretendem contribuir para o estudo dos impactos causados por ações humanas na mudança climática da monção na América do Sul.

Abstract: The South American monsoon system (SMAS) is characterized by high precipitation during summer and dry austral winter over most of Brazil. Since it is responsible for the rainy season and the largest portion of annual precipitation, knowing this system, its variability and likely future behavior is of great relevance for the socioeconomic development of South America (SA), as many sectors depend on the climate. This work aims to evaluate how participating models of the sixth phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), participating in the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), reproduce the SAMS, and what are the predicted anthropogenic climate changes for this system in the future climate. In addition to the introduction, which presents justification, context and objectives, a review of the literature on the subject is made, addressing from the different definitions of the monsoon to how climate models that participated in the latest versions of CMIP simulate this system. The results achieved are arranged in four chapters. The first one, assess how the CMIP6 models represent SAMS in the current climate; the second and third one, present the projections of the SAMS by the models according to the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios. In these three chapters, precipitation and atmospheric circulation climatologies are presented, with monthly and seasonal resolution, simulated by the analyzed models, and their comparisons with observed data and reanalysis data, in the case of historical simulations. Furthermore, precipitation and sea surface temperature (SST) modes of variability are determined in order to verify the simulation of climate variability by the models, especially that associated with the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). The analyzes reveal that the multi-model ensemble mean and the model IPSL-CM6A-LR perform better in reproducing the present SA climate. The model CESM2 is the best at representing ENSO in the present climate. Although the multi-model ensemble mean is better at reproducing climate, in specific aspects, such as the representation of ENSO, some models show better performance than the ensemble mean. Thus, although in forecast analysis, the average of a set of runs of a certain model is better than a single run, the average of a set of models does not always provide better results than the best model. Differences between future and present climate are also explored when addressing projection results. The fourth chapter of results presents the main impacts of ENSO on the present climate and on the future climate in both scenarios. In the future, the increase in tropical SST due to climate change will be similar to the El Niño pattern and therefore the impacts on SA precipitation will be characteristic of the positive phase of ENSO. These analyzes intend to contribute to the study of the impacts caused by human activities on the climate change of the monsoon in South America.