Impacts of the Madden-Julian oscillation on intraseasonal precipitation over northeast Brazil

Este estudo tem como objetivo investigar os impactos da oscilação de Madden-Julian (OMJ) na precipitação da região Nordeste do Brasil (NEB). Para tanto foram utilizados dados diários de precipitação baseados em 492 pluviômetros distribuídos na região e cobrindo um período de 30 anos (1981 − 2010). As análises através de composições de anomalias de precipitação, radiação de onda longa e fluxo de umidade, foram obtidas com base no índice da OMJ desenvolvido por Jones-Carvalho. Para distinguir o sinal da OMJ de outros padrões de variabilidade climática, todos os dados diários foram filtrados na escala de 20 − 90 dias; portanto somente dias classificados como eventos da OMJ foram considerados nas composições. Uma análise preliminar baseada apenas nos dados de precipitação foi feita para uma pequena área localizada no interior semiárido do NEB, conhecida como Seridó. Essa microrregião é uma das áreas mais secas do NEB e foi reconhecida pela Convenção das Nações Unidas para o Combate à Desertificação e Mitigação dos Efeitos das Secas como particularmente vulnerável à desertificação. Composições de anomalias de precipitação foram feitas para cada uma das oito fases da OMJ durante Fevereiro-Maio (principal período chuvoso da microrregião). Os resultados mostraram a existência de variações significativas nos padrões de precipitação (de precipitação excessiva à deficiente) associados à propagação da OMJ. A combinação dos sinais de precipitação obtidos durantes as fases úmidas e secas da OMJ mostrou que a diferença corresponde cerca de 50 − 150% de modulação das chuvas na microrregião. Em seguida, uma investigação abrangente sobre o papel da OMJ sobre toda a região Nordeste foi feita considerando-se as quatro estações do ano. Os resultados mostraram que os impactos da OMJ na precipitação intrassazonal do NEB apresentam forte sazonalidade. A maior coerência espacial dos sinais de precipitação ocorreram durante o verão austral, quando cerca de 80% das estações pluviométricas apresentaram anomalias positivas de precipitação durante as fases 1 − 2 da OMJ e anomalias negativas de precipitação nas fases 5 − 6 da oscilação. Embora impactos da OMJ na precipitação intrassazonal tenham sido encontrados na maioria das localidades e em todas as estações do ano, eles apresentaram variações na magnitude dos sinais e dependem da fase da oscilação. As anomalias de precipitação do NEB observadas são explicadas através da interação existente entre as ondas de Kelvin-Rossby acopladas convectivamente e as características climáticas predominantes sobre a região em cada estação do ano. O aumento de precipitação observado sobre a maior parte do NEB durante o verão e primavera austrais encontra-se associado com o fluxo de umidade de oeste (regime de oeste), o qual favorece a atividade convectiva em amplas áreas da América do Sul tropical. Por outro lado, as anomalias de precipitação durante o inverno e outono austrais apresentaram uma variabilidade espacial mais complexa. Durante estas estações, as anomalias de precipitação observadas nas estações localizadas na costa leste do NEB dependem da intensidade do anticiclone do Atlântico Sul, o qual é modulado em grande parte por ondas de Rossby. As características topográficas do NEB parecem desempenhar um papel importante na variabilidade observada na precipitação, principalmente nestas áreas costeiras. A intensificação do anticiclone aumenta a convergência dos ventos alísios na costa contribuindo para a ocorrência de precipitação observada à barlavento do planalto da Borborema. Por outro lado, o aumento da subsidência parece ser responsável pelos déficits de precipitação observados à sotavento. Tais condições mostraram-se típicas durante o predomínio do regime de leste sobre a região tropical da América do Sul e o NEB, durante o qual ocorre uma diminuição no fluxo de umidade proveniente da Amazônia.

Table 1. Tree growth index and reconstructed precipitation series from 515 BC to AD 1993 based on the archaeological and living tree ring datasets from Dulan and Shenge, China

Annual precipitation for the last 2,500 years was reconstructed for northeastern Qinghai from living and archaeological juniper trees. A dominant feature of the precipitation of this area is a high degree of variability in mean rainfall at annual, decadal, and centennial scales, with many wet and dry periods that are corroborated by other paleoclimatic indicators. Reconstructed values of annual precipitation vary mostly from 100 to 300 mm and thus are no different from the modern instrumental record in Dulan. However, relatively dry years with below-average precipitation occurred more frequently in the past than in the present. Periods of relatively dry years occurred during 74-25 BC, AD 51-375, 426-500, 526-575, 626-700, 1100-1225, 1251-1325, 1451-1525, 1651-1750 and 1801-1825. Periods with a relatively wet climate occurred during AD 376-425, 576-625, 951-1050, 1351-1375, 1551-1600 and the present. This variability is probably related to latitudinal positions of winter frontal storms. Another key feature of precipitation in this area is an apparently direct relationship between interannual variability in rainfall with temperature, whereby increased warming in the future might lead to increased flooding and droughts. Such increased climatic variability might then impact human societies of the area, much as the climate has done for the past 2,500 years.

Holocene precipitation change in different monsoon sub-regions (time-slices and transient data) simulated by different global climate models, with links to model results

The recently proposed global monsoon hypothesis interprets monsoon systems as part of one global-scale atmospheric overturning circulation, implying a connection between the regional monsoon systems and an in-phase behaviour of all northern hemispheric monsoons on annual timescales (Trenberth et al., 2000). Whether this concept can be applied to past climates and variability on longer timescales is still under debate, because the monsoon systems exhibit different regional characteristics such as different seasonality (i.e. onset, peak, and withdrawal). To investigate the interconnection of different monsoon systems during the pre-industrial Holocene, five transient global climate model simulations have been analysed with respect to the rainfall trend and variability in different sub-domains of the Afro-Asian monsoon region. Our analysis suggests that on millennial timescales with varying orbital forcing, the monsoons do not behave as a tightly connected global system. According to the models, the Indian and North African monsoons are coupled, showing similar rainfall trend and moderate correlation in rainfall variability in all models. The East Asian monsoon changes independently during the Holocene. The dissimilarities in the seasonality of the monsoon sub-systems lead to a stronger response of the North African and Indian monsoon systems to the Holocene insolation forcing than of the East Asian monsoon and affect the seasonal distribution of Holocene rainfall variations. Within the Indian and North African monsoon domain, precipitation solely changes during the summer months, showing a decreasing Holocene precipitation trend. In the East Asian monsoon region, the precipitation signal is determined by an increasing precipitation trend during spring and a decreasing precipitation change during summer, partly balancing each other. A synthesis of reconstructions and the model results do not reveal an impact of the different seasonality on the timing of the Holocene rainfall optimum in the different sub-monsoon systems. They rather indicate locally inhomogeneous rainfall changes and show, that single palaeo-records should not be used to characterise the rainfall change and monsoon evolution for entire monsoon sub-systems.