Seasonal and spatial variation in the stable isotopic composition (δ18O and δD) of precipitation in south Florida

Precipitation data collected from five sites in south Florida indicate a strong seasonal and spatial variation in δ18O and δD, despite the relatively limited geographic coverage and low-lying elevation of each of the collection sites. Based upon the weighted-mean stable isotope values, the sites were classified as coastal Atlantic, inland, and lower Florida Keys. The coastal Atlantic sites had weighted-mean values of δ18O and δD of −2.86‰ and −12.8‰, respectively, and exhibited a seasonal variation with lower δ18O and δD values in the summer wet-season precipitation (δ18O = −3.38‰, δD = −16.5‰) as compared to the winter-time precipitation (δ18O = −1.66‰, δD = −3.2‰). The inland site was characterized as having the highest d-excess value (+13.3‰), signifying a contribution of evaporated Everglades surface water to the local atmospheric moisture. In spite of its lower latitude, the lower Keys site located at Long Key had the lowest weighted-mean stable isotope values (δ18O = −3.64‰, δD = −20.2‰) as well as the lowest d-excess value of (+8.8‰). The lower δD and δ18O values observed at the Long Key site reflect the combined effects of oceanic vapor source, fractionation due to local precipitation, and slower equilibration of the larger raindrops nucleated by a maritime aerosol. Very low δ18O and δD values (δ18O < −6‰, δD < −40‰) were observed just prior to the passage of hurricanes from the Gulf of Mexico as well as during cold fronts from the north-west. These results suggest that an oceanic vapor source region to the west, may be responsible for the extremely low δD and δ18O values observed during some tropical storms and cold fronts.

Regional climate gradients in precipitation and temperature in response to climate teleconnections in the Greater Everglades ecosystem of South Florida

Precipitation and temperature in Florida responds to climate teleconnections from both the Pacific and Atlantic regions. In this region south of Lake Okeechobee, encompassing NWS Climate Divisions 5, 6, and 7, modern movement of surface waters are managed by the South Florida Water Management District and the US Army Corps of Engineers for flood control, water supply, and Everglades restoration within the constraints of the climatic variability of precipitation and evaporation. Despite relatively narrow, low-relief, but multi-purposed land separating the Atlantic Ocean from the Gulf of Mexico, South Florida has patterns of precipitation and temperature that vary substantially on spatial scales of 101–102 km. Here we explore statistically significant linkages to precipitation and temperature that vary seasonally and over small spatial scales with El Niño-Southern Oscillation (ENSO), the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), and the Pacific Decadal Oscillation (PDO). Over the period from 1952 to 2005, ENSO teleconnections exhibited the strongest influence on seasonal precipitation. The Multivariate ENSO Index was positively correlated with winter (dry season) precipitation and explained up to 34 % of dry season precipitation variability along the southwest Florida coast. The AMO was the most influential of these teleconnections during the summer (wet season), with significant positive correlations to South Florida precipitation. These relationships with modern climate parameters have implications for paleoclimatological and paleoecological reconstructions, and future climate predictions from the Greater Everglades system.

(Figure 2) Mean discharge per day (total and baseflow part) of the San Francisco River and daily precipitation at station ECPL (Planta), in 2007

We investigated controls on the water chemistry of a South Ecuadorian cloud forest catchment which is partly pristine, and partly converted to extensive pasture. From April 2007 to May 2008 water samples were taken weekly to biweekly at nine different subcatchments, and were screened for differences in electric conductivity, pH, anion, as well as element composition. A principal component analysis was conducted to reduce dimensionality of the data set and define major factors explaining variation in the data. Three main factors were isolated by a subset of 10 elements (Ca2+, Ce, Gd, K+, Mg2+, Na+, Nd, Rb, Sr, Y), explaining around 90% of the data variation. Land-use was the major factor controlling and changing water chemistry of the subcatchments. A second factor was associated with the concentration of rare earth elements in water, presumably highlighting other anthropogenic influences such as gravel excavation or road construction. Around 12% of the variation was explained by the third component, which was defined by the occurrence of Rb and K and represents the influence of vegetation dynamics on element accumulation and wash-out. Comparison of base- and fast flow concentrations led to the assumption that a significant portion of soil water from around 30 cm depth contributes to storm flow, as revealed by increased rare earth element concentrations in fast flow samples. Our findings demonstrate the utility of multi-tracer principal component analysis to study tropical headwater streams, and emphasize the need for effective land management in cloud forest catchments.

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.