Analysis of the Most Intense Explosive Cyclone that Occurred Between 2010 and 2020 in the South Atlantic
DOI:
https://doi.org/10.26848/rbgf.v15.6.p2781-2795Palavras-chave:
Bombogênese, Fluxos de Calor, Tropopausa Dinâmica, ERA5, Análise Sinótica.Resumo
The coastal region of South America is known for the high frequency of extratropical cyclones. From 2010 to 2020, there was an exceptional case regarding intensity, reaching 2.73 Bergeron, between January 02 and 03, 2019. To better understand the characteristics of this type of explosive cyclone, this work sought to investigate the synoptic conditions in this phenomenon. To this end, a visual inspection method of the sea level pressure charts was applied, allied with the functions available in the Grid Analysis and Display software. The cyclone began by transitioning from the continental low to the extratropical cyclone, associated with a trough at higher levels in a zone of weak temperature advection. As the system developed, there was a fracture in the upper air trough, acquiring negative horizontal inclination and the transition of the cyclone from the tropical to the polar side of the jet streak. Sea heat fluxes become relevant only 6 hours after cyclogenesis and enhance as the surface wind increases in the cold sector of the cyclone. In addition, a robust stratospheric ozone intrusion arose close to 700 hPa in the cyclone region, related to the dynamic tropopause folding.
Keywords: Bombogenesis, Heat Fluxes, Dynamic Tropopause, ERA5, Synoptic Analysis.
Análise do ciclone explosivo mais intenso ocorrido no período entre 2010 e 2020 no Atlântico Sul
R E S U M O
A região da costa da América do Sul é conhecida pela alta frequência de ciclones extratropicais. Durante o período de 2010 a 2020, houve um caso excepcional com relação à intensidade, atingindo 2,73 Bergeron, entre 02 e 03 de janeiro de 2019. Para entender melhor as características associadas com este tipo de ciclone explosivo, este trabalho buscou investigar as condições sinóticas ocorridas neste fenômeno. Para tal, foi aplicado um método de inspeção visual das cartas de pressão ao nível médio do mar, aliado a funções disponíveis no software Grid Analysis and Display. O ciclone iniciou através da transição da baixa continental ao ciclone extratropical associado a um cavado em níveis superiores em uma zona de fraca advecção de temperatura. Conforme o sistema se desenvolveu, houve uma fratura no cavado em ar superior, adquirindo inclinação horizontal negativa e a transição do ciclone do lado tropical para o polar do jet streak. Os fluxos de calor do oceano se tornaram relevantes apenas 6 horas após a ciclogênese e se destacam com o aumento do vento à superfície no setor frio do ciclone. Além disso, observou-se uma forte intrusão de ozônio estratosférico até próximo de 700 hPa na região do ciclone, relacionado à dobra da tropopausa dinâmica.
Palavras-chave: Bombogênese, Fluxos de Calor, Tropopausa Dinâmica, ERA5, Análise Sinótica.
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Referências
Allen, J.T.; Pezza, A.B.; Black, M.T., 2010. Explosive cyclogenesis: A global climatology comparing multiple reanalyses. Journal of Climate, 23, 6468-6484.
Andrade, H. N. Análise dos Casos de Ciclones Explosivos no Atlântico Sul em 2014 e 2015 de Acordo com Diferentes Resoluções Espaciais de Reanálises. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Meteorologia) – Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2019.
Avila, V.D.; Nunes, A.B.; Alves, R.C.M., 2016. Análise de um caso de ciclogênese explosiva ocorrido em 03/01/2014 no sul do Oceano Atlântico. Revista Brasileira de Geografia Física, 9, 1088-1099.
Avila, V.D.; Nunes, A.B.; Alves, R.C.M., 2021. Comparing explosive cyclogenesis of different intensities occurred in Southern Atlantic. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 93, 1-23.
Aragão, L.; Porcù, F., 2022. Cyclonic activity in the Mediterranean region from a high-resolution perspective using ECMWF ERA5 dataset. Climate Dynamics, 58, 1293-1310.
Bitencourt, D.P.; Fuentes, M.V.; Cardoso, C.S., 2013. Climatologia de ciclones explosivos para a área ciclogenética da América do Sul. Revista Brasileira de Meteorologia, 28, 43-56.
Bluestein, H.B. Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes. Volume II: Observations and theory of weather systems. New York: Oxford University Press, 1993. 594 p.
Bosart, L.F., 1981. The Presidents’ Day snowstorm of 18-19 February 1979. A subsynoptic-scale event. Monthly Weather Review, 109, 1542-1566.
Bosart, L.F.; Lin, S.C., 1984. A diagnostic analysis of the Presidents’ Day Storm of February 1979. Monthly Weather Review, 112, 2148-2177.
Caballero, C.B.; Ogassawara, J.F.; Dorneles, V.R.; Nunes, A.B.; 2018. Precipitação pluviométrica em Pelotas/RS: tendência, sistemas sinóticos associados e influência da ODP. Revista Brasileira da Geografia Física, 11, 1429-1441.
Catto, J.L.; Ackerley, D.; Booth, J.F.; Champion, A.J.; Colle, B.A.; Pfahl, S.; Pinto, J.G.; Quinting, J.F.; Seiler, C., 2019. The Future of Midlatitude Cyclones. Current Climate Change Reports, 5, 407-420.
Chen, S.; Kuo, Y.; Zhang, P.; Bai, Q., 1992. Notes and Correspondence. Climatology of Explosive Cyclones off the East Asian coast. Monthly Weather Review, 120, 3029-3035.
Cossetin, F.; Nunes, A.B.; Teixeira, M.S., 2016. Análise do Movimento Vertical sob Duas Diferentes Configurações de Altos Níveis da Troposfera. Ciência e Natura, 38, 484- 490.
Davis, C.A.; Emanuel, K.A., 1988. Observational evidence for the influence of surface heat fluxes on rapid maritime cyclogenesis. Monthly Weather Review, 116, 2649-2659.
Dee, D.P.; Uppala, S.M.; Simmons, A.J.; Berrisford, P.; Poli, P.; Kobayashi, S.; Andrae, U.; Balmaseda, M.A.; Balsamo, G.; Bauer, P.; Bechtold, P.; Beljaars, A.C.M.; van de Berg, L.; Bidlot, J.; Bormann, N.; Delsol, C.; Dragani, R.; Fuentes, M.; Geer, A.J.; Haimberger, L.; Healy, S.B.; Hersbach, H.; Hólm, E.V.; Isaksen, L.; Kållberg, P.; Köhler, M.; Matricardi, M.; McNally, A.P.; Monge-Sanz, B.M.; Morcrette, J.-J.; Park, B.-K.; Peubey, C.; de Rosnay, P.; Tavolato, C.; Thépaut, J.-N.; Vitart, F., 2011. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137, 553-597.
Gertler, C.G.; O’Gorman, P.A., 2019. Changing available energy for extratropical cyclones and associated convection in Northern Hemisphere summer. Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, 116, 4105-4110.
Glickman, T.; MacDonald, N.J.; Sanders, F., 1977. New Findings and the Apparent Relationship between Convective Activity and the Shape of 500 mb Troughs. Monthly Weather Review, 105, 1060.
Gramcianinov, C.B.; Campos, R.M.; Camargo, R.; Hodges, K.I.; Guedes Soares, C.; Silva Dias, P.L., 2020. Analysis of Atlantic extratropical storm tracks characteristics in 41 years of ERA5 and CFSR/CFSv2 databases. Ocean Engineering, 216, 108111.
Gramcianinov, C.B.; Hodges, K.I.; Camargo, R., 2019. The properties and genesis environments of South Atlantic cyclones. Climate Dynamics, 53, 4115-4140.
Gyakum, J. R., 1983a. On the Evolution of the QE II Storm. I: Synoptic Aspects. Monthly Weather Review 111, 1137-1155.
Gyakum, J. R., 1983b. On the Evolution of the QE II Storm. II: Dynamic and Thermodynamic Structure. Monthly Weather Review 111, 1156- 1173.
Heo, K-Y.; Seo, Y-W.; Ha, K-J.; Park, K-S.; Kim, J.; Choi, J-W.; Jun, K.; Jeong, J-Y., 2015. Development mechanisms of an explosive cyclone over East Sea on 3-4 April 2012. Dynamics of Atmospheres and Oceans, 70, 30-46.
Heo, K-Y.; Ha, K-J.; Ha, T., 2019. Explosive Cyclogenesis around the Korean Peninsula in May 2016 from a Potential Vorticity Perspective: Case Study and Numerical Simulations. Atmosphere, 10, 322, 1-19.
Hersbach, H.; Bell, B.; Berrisford, P.; Hirahara, S.; Horányi, A.; Muñoz-Sabater, J.; Nicolas, J.; Peubey, C.; Radu, R.; Schepers, D.; Simmonds, A.; Soci, C.; Abdalla, S.; Abellan, X.; Balsamo, G.; Bechtold, P.; Biavati, G.; Bidlot, J.; Bonavita, M.; De Chiara, G.; Dahlgren, P.; Dee, D.; Diamantakis, M.; Dragani, R.; Flemming, J.; Forbes, R.; Fuentes, M.; Geer, A.; Haimberger, L.; Healy, S.; Hogan, R.J.; Hólm, E.; Janisková, M.; Keeley, S.; Laloyaux, P.; Lopez, P.; Lupu, C.; Radnoti, G.; De Rosnay, P.; Rozum, I.; Vamborg, F.; Villaume, S.; Thépaut, J.N., 2020. The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 1999-2049.
Hirschberg, P.A.; Fritsch, J.M., 1991. Tropopause undulations and the development of extratropical cyclones. Part I: Overview and observations from a cyclone event. Monthly Weather Review, 119, 496-517.
Hoskins, B.J.; Mcintyre, M.E.; Robertson, A.W., 1985. On the use and significance of isentropic potential vorticity maps. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 111, 877-946.
Kodama, C.; Stevens, B.; Mauritsen, T.; Seiki, T.; Satoh, M., 2019. A New Perspective for Future Precipitation Change from Intense Extratropical Cyclones. Geophysical Research Letters, 46, 12435-12444.
Kousky, V.E.; Elias, M. Meteorologia Sinótica: Parte I. São José dos Campos: INPE, 1982.118 p.
Kuwano-Yoshida, A.; Asuma, Y., 2004. Structures and environment of explosively developing extratropical cyclones in the northwestern Pacific region, Monthly Weather Review, 132, 1121-1142.
Kuwano-Yoshida, A.; Asuma, Y., 2008. Numerical study of explosively developing extratropical cyclones in the Northwestern Pacific region. Monthly Weather Review, 136, 712-740.
Kuwano-Yoshida, A.; Enomoto, T., 2013. Predictability of explosive cyclogenesis over the Northwestern Pacific region using ensemble Reanalysis. Monthly Weather Review, 141, 3769-3785.
Liberato, M. L. R., 2014. The 19 January 2013 windstorm over the North Atlantic: large-scale dynamics and impacts on Iberia. Weather Climate Extremes 5, 16–28.
Liberato, M. L. R.; Pinto, J. G.; Trigo, I. F.; Trigo, R. M., 2011. Klaus – an exceptional winter storm over northern Iberia and southern France. Weather 66, 330–334.
Lim, E.P.; Simmonds, I., 2002. Explosive cyclone development in the Southern Hemisphere and a comparison with Northern Hemisphere events. Monthly Weather Review, 130, 2188-2209.
Lionello, P.; Trigo, I.F.; Gil, V.; Liberato, M.L.; Nissen, K.M.; Pinto, J.G.; Raible, C.C.; Reale, M.; Tanzarella, A.; Trigo, R.M.; Ulbrich, S.; Ulbrich, U., 2016 Objective climatology of cyclones in the Mediterranean region: a consensus view among methods with different system identification and tracking criteria. Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography, v.68, n.1, 2016.
Macdonald, N., 1976. On the Apparent Relationship Between Convective Activity and the Shape of 500 mb Troughs. Monthly Weather Review, 104, 1618-1622.
Nunes, A.B.; Avila, V.D., 2017. Dynamic Tropopause Anomaly: Case Study in South America. Anuário do Instituto de Geociências, 40, 83-92.
Pang, H.; Fu, G.; Lu, C., 2022. Structure of the Potential Vorticity of an Explosive Cyclone over the Eastern Asian Region in Late November 2013. Journal of Ocean University of China, 21, 253-263.
Peixoto, J.P.; Oort, A.H. Physics of Climate. New York: American Institute of Physics, 520 p.
Pettersen, S.; Smebye, S.J., 1971. On the development of extratropical cyclones. Quarterly Journal of The Royal Meteorological Society 97, 457-482.
Piva, E. D., GAN, M.A., MOSCATI, M.C.L., 2011. The role of latent and sensible heat fluxes in an explosive cyclogenesis over the South American East Coast. Journal of Meteorological Society of Japan, 89, 637-663.
Pezzi, L.P.; Quadro, M.F.L.; Lorenzzetti, J.A.; Miller, A.J.; Rosa, E.B.; Lima, L.N.; Sutil, U.A., 2022. The effect of Oceanic South Atlantic Convergence Zone episodes on regional SST anomalies: the roles of heat fluxes and upper-ocean dynamics. Climate Dynamics. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s00382-022-06195-3
Reale, M.; Liberato, M.L.R.; Lionello, P.; Pinto, J.G.; SALON, S.; ULBRICH, S., 2019. A global climatology of explosive cyclones using a multi-tracking approach. Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography, 71, 1-19.
Reale, M.; Lionello, P., 2013. Synoptic climatology of winter intense precipitation events along the Mediterranean coast. Natural Hazards and Earth System Sciences, 13, 1707-1722.
Reboita, M.S. Ciclones Extratropicais sobre o Atlântico Sul: Simulação Climática e Experimentos de Sensibilidade. 359 f. Tese (Doutorado em Meteorologia) - Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas – IAG – USP, São Paulo, 2008.
Reboita, M.S.; Crespo, N.M.; Torres, J.A.; Reale, M.; Rocha, R.P.; Giorgi, F.; Coppola, E., 2021. Future Changes in winter explosive cyclones over the Southern Hemisphere domains from the CORDEX-CORE ensemble. Climate Dynamics, 57, 3303-3322.
Reboita, M.S.; Gozzo, L.F.; Crespo, N.M.; Custodio, M.S.; Lucyrio, V.; De Jesus, E.M.; Rocha, R.P., 2022. From a Shapiro-Keyser extratropical cyclone to the subtropical cyclone Raoni: An unusual winter synoptic situation over the South Atlantic Ocean. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 148, 1-19.
Reboita, M.S.; Rocha, R.P.; Ambrizzi, T.; Suguhara, S., 2010. South Atlantic Ocean cyclogenesis climatology simulated by regional climate model (RegCM3). Climate Dynamics, 35, 1331-1347.
Reis, P.A.; Aquino, F.E.; Schossler, V.; Bernardo, R.T.; Simões, J.C., 2020. Tropical-Antarctic connections of an explosive cyclone in Southern Brazil: rainfall stable isotope ratios and atmospheric analysis. Advances in Polar Science, 31, 103-111.
Rienecker, M.M.; Suarez, M.J.; Gelaro, R.; Todling, R.; Bacmeister, J.; Liu, E.; Bosilovich, M.G.; Schubert, S.D.; Takacs, L.; Gi-Kong, K.; Bloom, S.; Chen, J.; Collins, D.; Conaty, A.; Silva, A.; Gu, W.; Joiner, J.; Koster, R.D.; Lucchesi, R.; Molod, A.; Owens, T.; Pawson, S.; Pegion, P.; Redder; C.R.; Reichle, R.; Robertson, F.R.; Ruddick; A.G.; Sienkiewiks, M.; Woollen, J., 2011. MERRA: NASA's Modern-Era Retrospective Analysis Research and Applications. Journal of Climate 24, 3624-3648.
Rudeva, I; Gulev, S., 2011. Composite analysis of North Atlantic extratropical cyclones in NCEP-NCAR reanalysis data. Monthly Weather Review, 139, 1419-1446.
Rogers, E.; Bosart, L.F., 1986. An investigation of explosively deepening oceanic cyclones, Monthly Weather Review, 114, 702-718.
Sanders, F., 1986. Explosive Cyclogenesis in the West-Central North Atlantic Ocean, 1981- 84. Part I: Composite structure and mean behavior. Monthly Weather Review, 114, 1781-1794.
Sanders, F., 1993. Notes and Correspondence. Upper-level geostrophic diffluence and deepening of surface lows. Weather Forecast, 8, 339-344.
Sanders, F.; Gyakum J.R., 1980. Synoptic-dynamic climatology of the “Bomb”. Monthly Weather Review, 108, 1589-1606.
Santurette, P.; Georgiev, C.G. Weather analysis and forecasting: Applying satellite water vapor and potential vorticity analysis. Amsterdam: Academic Press, 2005, 179 p.
Schemm, S.; Rudisuhli, S. Sprenger, M., 2020. The life cycle of upper-level troughs and ridges: a novel detection method, climatologies and Lagrangian characteristics. Weather and Climate Dynamics, 1, 459-479.
Seluchi, M.E.; Saulo, A.C., 2012. Baixa do Noroeste Argentino e Baixa do Chaco: Características, diferenças e semelhanças. Revista Brasileira de Meteorologia. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/rbmet/ v27n1/a06v27n1.pdf.
Seluchi, M.E; Saulo, A.C.; Nicolini, M.; Satyamurty, P., 2003. The Northwestern Argentinean Low: a study of two typical events. Monthly Weather Review, 131, 2361-2378.
Uccellini, L.W., 1986. The Possible Influence of Upstream Upper-Level Baroclinic Processes on the Development of the QE II Storm. Monthly Weather Review 114, 1019-1027.
Uccellini, L.W.; Keyser D.; Brill K.F.; Wash C.H., 1985. The President’s Day Cyclone of 18-19 February 1979: Influence of upstream trough amplification and associated tropopause folding on rapid cyclogenesis. Monthly Weather Review, 113, 962-988
Wallace, J.M.; Hobbs, P.V. Atmospheric Science – An Introductory Survey. 2 ed. San Diego: Elsevier, 2006. 483 p.
Wang, C.C.; Rogers, J.C., 2001. A composite study of explosive cyclogenesis in different sectors of the North Atlantic. Part I: Cyclone structure and evolution. Monthly Weather Review, 129, 1481-1499.
Wash, C.H.; Hale, R.A.; Dobos, P.H.; Wright, E.J., 1992. Study of explosive and nonexplosive cyclogenesis during FGGE. Monthly Weather Review, 120, 40-51.
Whitacker, J. S.; Uccellini, L. W.; Brill, K. F. 1988. A Model-Based Diagnostic Study of the Rapid Development Phase of the Presidents’ Day Cyclone. Monthly Weather Review 116, 2337- 2365.
Willison, J.; Robinson, W.A.; Lackmann, G.M., 2013. The importance of resolving mesoscale latent heating in the North Atlantic Storm Track. Journal of the Atmospheric Sciences, 70, 2234-2249.
Zhang, S.; Fu, G.; Lu. C.; Liu, J., 2017. Characteristics of Explosive Cyclones over the Northern Pacific. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 56, 3187-3210.
Zhang Z.; Ralph, F.M.; Zheng, M., 2019. The relationship between extratropical cyclone strength and atmospheric river intensity and position. Geophysical Research Letters, 46, 1814-1823.
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