Eventos de grande diminuição da coluna total de ozônio sobre o Sul do Brasil: estudo da dinâmica estratosfera-troposfera com o modelo WRF

• Main Author: Rodríguez, Lissette Guzmán
• Other Authors: Anabor, Vagner, http://lattes.cnpq.br/5770274675104746, Steffenel, Luiz Angelo, Mariano, Glauber Lopes, Pinheiro, Damaris Kirsch, Acevedo, Otavio Costa
• Format: Thesis
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Santa Maria 2021
• Subjects: Diminuição de ozônio; Corrente de jato; Anomalias ciclônicas da vorticidade potencial; Circulação ageostrófica transversa; Ozone depletion; Jet stream; Cyclonic anomalies of potential vorticity; Ageostrophic transverse circulation; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::METEOROLOGIA; Alta; Antarctic; Entrada; The Antarctic; Antarc*
• Online Access: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22343

The increase of ultraviolet solar radiation that reaches the Earth’s surface as a consequence of the decrease in the total ozone column has a negative impact on human health. Ozone depletion events that affect southern Brazil in the spring have been extensively studied. However, large depletion of the total ozone column can occur throughout the year, responding to different mechanisms. Throughout the year and even without evident isentropic transport of air masses from a region of low total ozone column, the cyclonic anomalies of potential vorticity of sub-synoptic scale have shown to be able to locally reduce the ozone mixing ratio by vertical stretching the air parcels between isentropic surfaces, leading to a decrease the total ozone. In the present work, the temporal and spatial variability of total ozone and the ozone mixing ratio in the city of Santa Maria was analyzed using ERA-5 reanalysis data, in the 1979-2019 period. The seasonal cycle of the total ozone column of maximum in spring and minimum in autumn was confirmed. There were 116 atypical depletion events of the total ozone column identified, with total ozone column values in Santa Maria below the monthly mean minus 2.5 times the monthly standard deviation. For better analysis and representation of the dynamic structures and processes involved, the events were simulated with the Weather Research and Forecasting mesoscale model. Mean seasonal synoptic patterns showed important structures for depletion events at tropospheric and stratospheric levels, later confirmed in the analysis of five specific cases: in winter and spring, a stratospheric trough delimited the region of negative total ozone column anomalies and favored the isentropic transport of air masses from the Antarctic ozone hole region to Santa Maria. In summer, the region of strong difluence at the edge of Alta de Bolivia at the equatorial entrance of the subtropical jet streak enabled the lifting of the dynamic tropopause and the mixing of tropospheric air into the lower stratosphere. In autumn, a combination of cyclonic anomalies at 20 hPa and anticyclonic anomalies at 50 hPa isobaric level, led to major ozone depletion, with a total ozone column below 210 DU over the continent and ozone mixing ratio negative anomalies at stratospheric levels. The position and strength of the tropospheric jets were key in setting the regions of the biggest negative (positive) total ozone column anomalies at the equatorial (polar) entrance of the jet streak, due to the effect of transverse circulation in the tropopause folds and the predominant upward (downward) mass fluxes in those regions. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O aumento da radiação solar ultravioleta que atinge a superfície terrestre como consequência da diminuição da coluna total de ozônio impacta negativamente a saúde dos seres humanos. Os eventos de diminuição da coluna total de ozônio que afetam o Sul do Brasil na primavera tem sido amplamente estudados. No entanto, grandes diminuições da coluna total de ozônio podem acontecer ao longo de todo o ano, respondendo a mecanismos diferentes. Durante todo o ano e mesmo sem transporte isentrópico evidente de massas de ar desde uma região de diminuição da coluna total de ozônio, as anomalias ciclônicas da vorticidade potencial de escala sub-sinótica, mostraram-se capazes de reduzir localmente a razão de mistura de ozônio pelo esticamento vertical das parcelas de ar entre superfícies isentrópicas, diminuindo a coluna total de ozônio. No presente trabalho, a variabilidade temporal e espacial da coluna total de ozônio e da razão de mistura de ozônio na cidade de Santa Maria, foram analisadas a partir de dados de reanálise do ERA-5, no período 1979-2019. O ciclo sazonal da coluna total de ozônio de máximo na primavera e mínimo no outono foi confirmado. Foram identificados 116 eventos de diminuição atípica da coluna total de ozônio em Santa Maria, com valores inferiores à média mensal menos 2,5 vezes o desvio padrão do mês. Para uma melhor análise e representação das estruturas e processo dinâmicos envolvidos, os eventos foram simulados com o modelo de mesoescala Weather Research and Forecasting. Os padrões sinóticos médios sazonais mostraram estruturas importantes para os eventos em níveis troposféricos e estratosféricos, posteriormente identificadas na análise de cinco casos específicos: no inverno e na primavera, um cavado estratosférico delimitou a região de anomalias negativas da coluna total de ozônio e favoreceu o transporte isentrópico de massas da região do buraco de ozônio antártico. No verão, a região de difluência na borda da Alta da Bolívia na entrada equatorial do núcleo do jato subtropical, propiciou o levantamento da tropopausa dinâmica e a mistura de ar troposférico na baixa estratosfera. Já no outono, uma combinação de anomalias ciclônicas em 20 hPa e anticiclônicas em 50 hPa, gerou acentuadas diminuições da coluna total de ozônio, com valores inferiores a 210 UD sobre o continente e anomalias negativas da razão de mistura de ozônio em níveis estratosféricos. A posição e intensidade dos jatos troposféricos foram chave na delimitação das regiões de maiores anomalias negativas (positivas) da coluna total de ozônio na entrada equatorial (polar) dos núcleos de jato, pelo efeito da circulação transversal ao escoamento nas dobras da tropopausa e os predominantes fluxos de massa ascendentes (descendentes) nessas regiões.