Daniel Milano 2022

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS - ICAT
MESTRADO EM METEOROLOGIA

DANIEL MILANO COSTA DE LIMA

AVALIAÇÃO DO IMPACTO DOS MODOS DE VARIABILIDADE EL NIÑOOSCILAÇÃO SUL E MODO ANULAR SUL NAS CONCENTRAÇÕES DE OZÔNIO
SOBRE O HEMISFÉRIO SUL

Maceió - AL
2022

DANIEL MILANO COSTA DE LIMA

AVALIAÇÃO DO IMPACTO DOS MODOS DE VARIABILIDADE EL NIÑOOSCILAÇÃO SUL E MODO ANULAR SUL NAS CONCENTRAÇÕES DE OZÔNIO
SOBRE O HEMISFÉRIO SUL

Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Alagoas como requisito para
obtenção do título de Mestre em Meteorologia
pelo Instituto de Ciências Atmosféricas - ICAT,
da Universidade Federal de Alagoas.
Orientador(a): Profº. Dr. Glauber Lopes
Mariano
Coorientador(a): Dr. Mateus Dias Nunes

Maceió - AL
2022

Catalogação na fonte
Universidade Federal de Alagoas
Sistemas de Bibliotecas Ufal

Bibliotecário Responsável: Erisson Rodrigues de Santana
L732a

Lima, Daniel Milano Costa de.
Avaliação do impacto dos modos de variabilidade el niño-oscilação sul e
modo anular sul nas concentrações de ozônio sobre o hemisfério sul/ Daniel
Milano Costa de Lima. – 2022.
132f.: il.

Orientador: Glauber Lopes Mariano.
Coorientador: Mateus Dias Nunes.
Dissertação (Mestrado em Meteorologia.) – Programa de Pós-Graduação
em Meteorologia, Instituto de Ciências Atmosféricas, Campus A. C.
Simões, Universidade Federal de Alagoas. Rio Largo, 2022.
Inclui Bibliografia.
1. Ozônio. 2. Hemisfério sul. 3. Sensoriamento Remoto. 4. EOF.
5. Anomalia. I. Título
CDU: 551.5

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM METEOROLOGIA

CERTIFICADO DE APRESENTAÇÃO
N.º de ordem: MET-UFAL-MS-188.

“AVALIAÇÃO DO IMPACTO DOS MODOS DE VARIABILIDADE EL NIÑO-OSCILAÇÃO SUL E
MODO ANULAR SUL NAS CONCENTRAÇÕES DE OZÔNIO SOBRE O HEMISFÉRIO SUL.”
DANIEL MILANO COSTA DE LIMA
Dissertação submetida ao colegiado do Curso de
Pós-Graduação em Meteorologia da Universidade
Federal de Alagoas - UFAL, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do grau de
Mestre em Meteorologia.
Aprovado em 04 de março pela Banca Examinadora composta por:
Prof. Dr. Glauber Lopes Mariano
(Orientador)
Dr. Mateus Dias Nunes
(coorientador)
Prof. Dr. Fabrício Daniel dos Santos Silva
(Membro Interno)
Profa. Dra. Ericka Voss Chagas
(Membro Externo)
Prof. Dr. Lucas Vaz Peres
(Membro Externo)

MARÇO/2022

Dedicado àqueles que acreditam na ciência

AGRADECIMENTOS

A Ilma Costa, pelo imensurável amor de mãe, por estar sempre ao meu lado e por tornar possível
ser quem sou.
A Emerson “Pretty” Lima por todo amor, carinho, atenção e por seu inabalável
companheirismo, sejam os tempos bons ou ruins.
A todos os familiares que me conduziram e me apoiaram até este momento.
Ao meu amigo, Michael Leite, pela companhia e irmandade.
Ao orientador Glauber Lopes Mariano, que desde a graduação me oferece oportunidades,
conhecimento, e por não deixar de acreditar em mim mesmo quando eu “desaparecia” vez ou
outra.
Ao meu coorientador, Mateus Dias Nunes, pela dedicação e paciência em compartilhar seus
conhecimentos e me auxiliar nos tortuosos caminhos acadêmicos.
Aos professores/as e ao programa de pós-graduação em Meteorologia do Instituto de Ciências
Atmosféricas da Universidade Federal de Alagoas, pelo ato nobre de transmitir seus
conhecimentos.
Aos colegas de turma Maria José, Helen Silva e Iara Bezerra pela união e perseverança na
jornada pelo conhecimento.
Aos profissionais da saúde que lutaram contra a COVID-19, àqueles que usaram mascara,
fizeram distanciamento social, aos que acreditaram na vacina e aos que a tornaram possível.
A todos que fazem da meteorologia uma ciência possível.

RESUMO

O Ozônio é um gás presente na atmosfera terrestre em pequenas quantidades e que contribui
com importância para o balanço energético da atmosfera. Diversos fatores podem afetar sua
concentração e distribuição, como os modos de variabilidade El Niño – Oscilação Sul (ENOS)
e Modo Anular Sul (SAM). Nesse estudo foram realizadas análises climatológicas e para
períodos com ação de ENOS e SAM utilizando uma robusta série da dados de Coluna Total de
Ozônio (CTO) do produto Multi-sensor reanalysis (MSR), disponibilizado pelo European
Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), para a área do hemisfério Sul,
abrangendo um período de 41 anos (1980-2020). Foram obtidas médias da Coluna Total de
Ozônio (CTO), anomalias quando sob ação dos modos de variabilidade e análises estatísticas
dos padrões de variabilidade dominantes. Quando há ação de El Niño o transporte acentuado
da Circulação Brewer-Dobson (CBD) causa anomalias positivas em médias e altas latitudes e
negativas em baixas latitudes. Durante La Niña o inverso é observado. No estudo para ação da
fase positiva do SAM é observado predomínio de anomalias negativas em altas e médias
latitudes, e positivas em baixas latitudes. O inverso é observado para fase negativa. As análises
estatísticas de Funções Ortogonais Empíricas (em inglês, EOF) mostram que os padrões de
maior influência sobre a CTO durante o verão, outono e primavera austral são o SAM e o
transporte de ozônio pela CBD. O vórtice polar e o “croissant” de ozônio são os padrões
dominantes na primavera austral. É constatado aumento na frequência do SAM em fase positiva
e aumento nas concentrações médias da CTO dentro do vórtice polar nos meses da primavera,
efeitos que podem estar ligados às mudanças climáticas que alteram padrões atmosféricos,
consequentes de emissões antropogênicas de gases de efeito estufa, ocorridas dentro do período
de estudo.

Palavras-chave: Ozônio; hemisfério sul; sensoriamento remoto; EOF; anomalia.

ABSTRACT

Ozone is a gas present in the Earth's atmosphere in small quantities and that contributes
significantly to the energy balance of the atmosphere. Several factors can affect its
concentration and distribution, such as the variability modes El Niño - Southern Oscillation
(ENSO) and Southern Annular Mode (SAM). In this study, climatological analyzes were
performed for periods of ENSO and SAM using a robust series of Total Column Ozone (TOC)
data from the Multi-sensor reanalysis (MSR) product, available by the European Center for
Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), for the Southern Hemisphere area, covering a
period of 41 years (1980-2020). TOC’s means, anomalies for periods with action of the
variability modes and statistical analysis of the dominant variability patterns were obtained.
When there is El Niño action, the accentuated transport of the Brewer-Dobson Circulation
(CBD) causes positive anomalies in medium and high latitudes and negative anomalies in low
latitudes. During La Niña the reverse is observed. For the action of the positive phase of the
SAM, a predominance of negative anomalies is observed in high and medium latitudes, and
positive in low latitudes. The inverse is observed for the negative phase. Statistical analyzes of
Empirical Orthogonal Functions (EOF) show that the patterns of greatest influence on CTO
during the austral summer, autumn and spring are SAM and ozone transport by CBD. The polar
vortex and the ozone “croissant” are the dominant patterns in the austral spring. There is an
increase in the frequency of SAM in the positive phase and an increase in the average
concentrations of the CTO within the polar vortex in the spring months, effects that may be
linked to climate change that alters atmospheric patterns, resulting from anthropogenic
emissions of greenhouse gases, which have occurred within the study period.

Keywords: Ozone; southern hemisphere; remote sensing; EOF; anomaly.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Variação com a altura da concentração de ozônio e da temperatura na
atmosfera ......................................................................................................

Figura 2 - Em (a), seção transversal meridional da concentração média climatológica
anual de ozônio (Contornos de cor, em unidades Dobson (DU) por km),
calculada para o período de 1980-89 a partir de medições de satélite SBUV.
As setas pretas indicam o transporte de ar troposférico através da
tropopausa tropical e a CBD na estratosfera. Em (b), velocidades verticais
médias (w∗) em 70 hPa no período de 1989 a 2009 pelo ERA-Interim .......

Figura 3 - Ilustração esquemática dos ramos rasos e profundos da circulação de
Brewer-Dobson na estratosfera nos solstícios. Também é mostrada a seção
transversal meridional da concentração de ozônio durante inverno boreal
(sombreamento de cor, com tons mais escuros indicando maiores
concentrações de ozônio) e a localização aproximada da tropopausa (linha
tracejada) ......................................................................................................

Figura 4 - Valores de média climatológica da CTO como função da latitude e tempo,
valores apresentados em Unidades Dobson. Em (a) temos os valores para
era pré-industrial, em (b), pós ação de depleção antropogênica do ozônio
pela emissão de CFCs ..................................................................................

Figura 5 - Ilustração da CTO média para todo o globo terrestre. Valores obtidos a partir
de médias de duas semanas dentro de cada trimestre de 2009, dados obtidos
por sensoriamento remoto. ...........................................................................

Figura 6 - Representação da CTO no hemisfério sul (a), vorticidade potencial na
camada de temperatura potencial 460 K (b) e temperatura em 50 hPa
durante a atuação do Vórtice Polar Sul (c) em 22 de agosto de 2011...........

Figura 7 - Média da velocidade do vento zonal em metros por segundo exibida em um
corte latitudinal durante a atuação do Vórtice Polar Sul, em 21 de agosto
de 1995. Valores positivos representam ventos de oeste (a). Quantidade de
ozônio (em ppmv) representada em um corte latitudinal da superfície de
465K de temperatura potencial para 15 de setembro de 1992. Pontos
caracterizam medidas individuais e a linha, a média. A linha vertical
expões a localização da borda do vórtice. ....................................................

Figura 8 - Série de mapas de CTO derivados de observações de satélite. Cada mapa
representa a média para outubro de cada ano, mês de destruição máxima
da camada de ozônio sobre a Antártica.........................................................

Figura 9 - Representação de anomalia da TSM no Oceano Pacífico durante um forte
La Niña, em dezembro de 1988 (a), e El Niño, em dezembro de 1997 (b)
(NOAA, 2014a) ............................................................................................

Figura 10 - Diagrama esquemático mostrando o padrão médio de TSM (sombreado),
radiação de ondas longas de saída (contornos), ventos zonais e meridionais
de superfície (vetores), e pressão ao nível do mar (representado por "H" e
"L" que indicam o centro de alta e baixa pressão, respectivamente) que
determinam a ocorrência de El Niño (a) e (b) La Niña. O esquema é
baseado em médias de anomalias para 11 meses de novembro e dezembro
com ação eventos quentes e eventos frios, no período entre 1980 e 2016.....

Figura 11 - Representação esquemática da interação oceano-atmosfera sobre o Pacífico
e circulação atmosférica em períodos neutros (a), durante a atuação de El
Niño (b) e de La Niña (c)..............................................................................

Figura 12 - Secção transversal pressão-latitude da anomalia média dessazonalizada de
ozônio (em ppb) durante La Niña/ fase de oeste do OQB (a) e El Niño/fase
de leste do OQB (b). A linha tracejada mostra a localização média da
tropopausa....................................................................................................

Figura 13 - Diagrama esquemático dos mecanismos pelos quais os eventos do El Niño
influenciam o ozônio em latitudes médias. Os eventos La Niña têm efeitos
quase opostos na CTO e em outros campos meteorológicos não mostrados.
Linhas grossas verdes indicam as correntes de jato da América do Norte e
do Norte da África-Ásia, linhas grossas amarelas indicam eventos de
quebras de ondas de Rossby em escala sinótica. Setas curvas indicam
circulações horizontais anômalas em escala planetária associadas a eventos
ENOS. Os círculos vermelhos e azuis representam a queda e o aumento
anômalo de altura da tropopausa. Além disso, as setas vermelhas e azuis
grossas denotam os transportes de ozônio para baixo e para cima
associados às mudanças na tropopausa, respectivamente. Setas retas finas
pretas representam a circulação impulsionada por ondas devido a eventos
de quebra de ondas de Rossby......................................................................

Figura 14 - Exemplos de padrões de anomalia média da TSM para El Nino Canônico
(a) e El Nino Modoki (b). As áreas coloridas possuem nível de confiança
de 99% em teste T Student bicaudal..............................................................

Figura 15 - Representação esquemática da interação oceano-atmosfera sobre o Pacífico
e circulação atmosférica durante a atuação de El Niño (a), El Niño Modoki
(b), La Niña (c) e La Niña Modoki (d)..........................................................

Figura 16 - Representação de regiões (A, B e C) empregadas para calcular o índice
EMI e N3......................................................................................................

Figura 17 - Representação da fase positiva do SAM onde os ventos se contraem ao
redor dos polos e baixa pressão atmosférica anômala sobre a Antártica (a).
Na fase negativa (b), anomalias positivas de pressão atmosférica e
deslocamento para menores latitudes dos ventos de oeste que circundam a
Antártica.......................................................................................................

Figura 18 - Representação da estrutura atmosférica hoje em um corte latitudinal.
Bandas de ventos de oeste no hemisfério norte e hemisfério sul (mostrados
esquematicamente pelos isotacas) separam o ar quente (tons de vermelho),
nos trópicos, do ar frio (tons de azul), sobre os polos...................................

Figura 19 - Hemisfério Sul terrestre em projeção Lambert Azimutal, fronteiras
nacionais adicionadas...................................................................................

Figura 20 - Anomalia média da CTO sobre o Nordeste Brasileiro durante a atuação de
El Niño nos meses de dezembro a fevereiro (DJF) (a) e de junho a agosto
(JJA) (b) (Lima et al., 2021a). Mesma análise para La Niña (c) (d).............

Figura 21 - Análise climatológica trimestral da CTO sobre o hemisfério sul
representada em projeção polar. Valores em unidades Dobson (UD)...........

Figura 22 - Média climatológica mensal da CTO para os intervalos de latitude de 0 a
30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S..................................................................

Figura 23 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF
de 1980 a 2020. Autovetores exibidos no painel (a) e autovalores em (b).
Cada unidade de tempo representa um mês..................................................

Figura 24 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM
de 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês...........................................................

Figura 25 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA
de 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês...........................................................

Figura 26 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON
de 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês...........................................................

Figura 27 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul
quando há ação de El Niño, representada em projeção polar. Valores em
unidades Dobson (UD).................................................................................

Figura 28 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há
ação de El Niño, representada em projeção polar.........................................

Figura 29 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação de El Niño nos
intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.....................

Figura 30 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF
com ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês..................

Figura 31 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM
com ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês..................

Figura 32 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA
com ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês..................

Figura 33 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON
com ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês..................

Figura 34 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul
quando há ação de La Niña, representada em projeção polar. Valores em
unidades Dobson (UD).................................................................................

Figura 35 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há
ação de La Niña, representada em projeção polar........................................

Figura 36 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação de La Niña nos
intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S....................

Figura 37 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF
com ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês...................

Figura 38 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM
com ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês....................

Figura 39- Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA
com ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês..................

Figura 40 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON
com ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e
autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa um mês....................

Figura 41 - Valores médios da CTO quando há ação de La Niña subtraídos dos valores
médios quando há ação de El Niño...............................................................

Figura 42 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul
quando há ação da fase positiva do SAM, representada em projeção polar.
Valores em unidades Dobson (UD)...............................................................

Figura 43 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há
ação da fase positiva do SAM, representada em projeção polar...................

Figura 44 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação da fase positiva do
SAM nos intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.....

Figura 45 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF
com ação da fase positiva do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês..........................................................................................................

Figura 46 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM
com ação da fase positiva do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês..........................................................................................................

Figura 47 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA
com ação da fase positiva do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês..........................................................................................................

Figura 48 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON
com ação da fase positiva do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês..........................................................................................................

Figura 49 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul
quando há ação da fase negativa do SAM, representada em projeção polar.
Valores em unidades Dobson (UD)..............................................................

Figura 50 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há
ação da fase negativa do SAM, representada em projeção polar..................

Figura 51 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação da fase negativa do
SAM nos intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.... 100
Figura 52 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF
com ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b)............................................................ 101
Figura 53 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM
com ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.......................................................................................................... 102
Figura 54 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA
com ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.......................................................................................................... 103
Figura 55 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON
com ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores
exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.......................................................................................................... 105
Figura 56 - Valores médios da CTO quando há ação de SAM em fase negativa
subtraídos dos valores médios quando há ação de SAM em fase positiva.... 106

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Processos químicos chave e ciclos catalíticos envolvendo a molécula O3 na
estratosfera.....................................................................................................

Quadro 2 - Informações dos sensores utilizados no Multi-sensor reanalysis (MSR)........

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................

2.1 Ozônio e Atmosfera Terrestre ..........................................................................

2.2 El Niño - Oscilação Sul e Ozônio ......................................................................

2.3 Modo Anular Sul e Ozônio ................................................................................

3 DADOS E METODOLOGIA ....................................................................................

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..............................................................................

4.1 Análises climatológicas da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério sul

4.1.1 Análise de médias trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o
hemisfério Sul ................................................................................................

4.1.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da Coluna
Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul ..........................................................

4.2 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há
ação do modo de variabilidade El Niño ................................................................

4.2.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul
- Médias e Anomalias .....................................................................................

4.2.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da Coluna
Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade El Niño .....................................................................................

4.3 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há
ação do modo de variabilidade La Niña ...............................................................

4.3.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul
- Médias e Anomalias .....................................................................................

4.3.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da Coluna
Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade La Niña .....................................................................................

4.4 Comparação dos valores trimestrais médios da Coluna Total de Ozônio
sobre o hemisfério Sul quando sob influência dos modos de variabilidade El
Niño e La Niña ........................................................................................................

4.5 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há
ação do modo de variabilidade SAM em fase positiva ........................................

4.5.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul
- Médias e Anomalias ....................................................................................

4.5.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da Coluna
Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade La Niña SAM em fase positiva .................................................

4.6 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há
ação do modo de variabilidade SAM em fase negativa ........................................

4.6.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul
- Médias e Anomalias .....................................................................................

4.6.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da Coluna
Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade La Niña SAM em fase negativa ................................................

4.7 Comparação dos valores médios trimestrais da Coluna Total de Ozônio
sobre o hemisfério sul quando sob influência de SAM em fase positiva e
negativa ................................................................................................................... 105
CONCLUSÕES .............................................................................................................

109

REFERÊNCIAS.............................................................................................................

111

1 INTRODUÇÃO

O Ozônio (O3) é um gás importante para o balanço energético da atmosfera terrestre
apesar de presente em quantidades muito pequenas na atmosfera. Durante alguns processos que
envolvem esse gás é absorvida energia ultravioleta (UV) proveniente do Sol. Como
consequência, há liberação de calor em forma de energia na atmosfera, majoritariamente na
estratosfera, camada onde esses processos são abundantes, modelando o perfil atmosférico
(WMO, 2014).
Para um perfil médio da atmosfera, na troposfera desde a superfície é observada queda
na temperatura do ar, no entanto, ao alcançar a estratosfera constata-se aumento da temperatura
associado à liberação de energia pelo O3, configurando uma camada de inversão térmica. A
liberação de energia por esse gás influencia não apenas o perfil atmosférico, mas também o
balanço energético atmosférico e a circulação geral (WALLACE; HOBBS, 2006; FIOLETOV,
2018). Ademais, a absorção de radiação UV cria um filtro natural que é benéfico para a vida
terrestre, pois esse comprimento de onda de radiação eletromagnética é prejudicial à saúde de
diversos vegetais e animais, incluindo seres humanos (BORNMAN et al., 2015).
As concentrações de ozônio variam sazonalmente, mas podem também sofrer variações
proporcionadas por modos de variabilidade atmosféricos, sendo esses padrões climáticos com
características e efeitos regionais identificáveis e com comportamento oscilatório. Estudos
mostram que os modos El Niño - Oscilação Sul (ENOS) e Oscilação Antártica Sul (em inglês,
SAM) alteram as concentrações de O3 em todo globo, apesar de terem maior influência na
atmosfera dos trópicos e do polo sul, respectivamente (PHILANDER, 1990; THOMPSON;
WALLACE, 2000).
O ENOS provoca modificações nos conteúdos de ozônio principalmente sobre a faixa
equatorial através da intensificação ou arrefecimento da Circulação Brewer-Dobson (CBD).
Durante a fase quente (fria), conhecida como El Niño (La Niña), há maior (menor) transporte
de ozônio tropical pela CBD para maiores latitudes (HOLTON et al., 1995; WAUGH; HALL,
2002; BUTCHART, 2014).
O modo SAM, que possui duas fases, positiva e negativa, influencia principalmente a
atmosfera sobre o polo Sul (THOMPSON; WALLACE, 2000). São conhecidas algumas
relações entre esse modo e as variações do O3. Durante a fase positiva (negativa) desse modo
há redução (aumento) nas concentrações de ozônio na região polar (FOGT et al., 2009;
BANDORO et al., 2014).

As atuais mudanças climáticas provocadas por emissões antropogênicas de gases de
efeito estufa (GEEs) afetam diretamente os modos de variabilidade, e são esperadas, por
consequência, alterações nos padrões de influência dos modos nas concentrações de ozônio
(THOMPSON et al., 2000; MCLANDRESS et al., 2011; SWART; FYFE, 2012; SWART et
al., 2015; YANG et al., 2016). Para o ENOS, as mudanças climáticas provocam intensificação
e aumento da frequência da fase quente, El Niño (HAM, 2018), acentuando o transporte de O3
tropical para maiores latitudes. Para o SAM, provocam tendência de fase positiva (YANG et
al., 2016), que por sua vez promove redução nas concentrações de O3 em altas latitudes
(THOMPSON; WALLACE, 2000).
Reduzir as concentrações estratosféricas de O3 implica em aumento do total de radiação
UV que chega à superfície, aumentando a temperatura em baixos níveis e resfriando a
estratosfera, além de trazer riscos à saúde de diversas formas de vida. Consequentemente,
haverá alterações nos padrões de circulação atmosférica, provocando mudanças em escala
global ainda não compreendidas totalmente (MANATSA et al., 2013; CALVO et al, 2015;
KIDSTON et al., 2015).
Sabe-se que os modos de variabilidade ENOS e SAM estão fortemente ligados às
concentrações de ozônio e essa relação pode se tornar ainda mais forte em cenários futuros
devido às constantes emissões antrópicas de GEEs (YANG et al., 2016; HAM, 2018), portanto,
é essencial um entendimento detalhado dessa temática, principalmente com estudos voltados
para Hemisfério Sul (HS), onde esses modos exercem grande influência em diversas variáveis,
incluindo o ozônio, porem essa influência ainda não é totalmente compreendida. São
necessários trabalhos para aprofundamento dos conhecimentos.
Sendo assim, o objetivo do estudo aqui apresentado é expandir os conhecimentos quanto
ao comportamento médio das concentrações de O3 em toda a área do hemisfério sul (HS)
utilizando dados atuais que cobrem o período de 1980 a 2020, permitindo avaliar o
comportamento recente da CTO, do Multi-sensor reanalysis (MSR), produto robusto que utiliza
dados de 15 sensores acoplados a satélites. Também é avaliada a influência dos modos de
variabilidade ENOS e SAM nos conteúdos de ozônio. Para isso, serão analisadas anomalias nas
concentrações de O3 quando há atuação da fase do ENOS El Niño (La Niña) ou da fase positiva
(negativa) do SAM.

1.1 OBJETIVO GERAL

Realizar uma analisar climatológica da distribuição e concentração de ozônio sobre a
região do HS climatológicas e quando sob influência dos modos de variabilidade ENOS e SAM,
utilizando médias e anomalias da CTO, e avaliar padrões dominantes nas variações por meio
de análises EOF.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Obter o campo médio climatológico da CTO para toda a área do HS em resolução
temporal mensal e trimestral e analisar os resultados obtidos por faixas de latitude.
● Avaliar os padrões dominantes de variabilidade da CTO na série de dados climatológica
de toda área do HS através de análises estatísticas.
● Obter o campo médio da CTO para quando há ação de cada uma das fases dos modos
de variabilidade ENOS e SAM, para toda a área do HS e em resolução temporal mensal
e trimestral, por fim analisar os resultados obtidos pelas faixas de latitude.
● Examinar as anomalias da CTO, sobre o hemisfério sul, geradas durante ação das fases
dos modos de variabilidade ENOS e SAM.
● Avaliar os padrões dominantes de variabilidade da CTO em toda área do HS para
quando há ação de cada uma das fases dos modos de variabilidade ENOS e SAM através
dos dois primeiros modos de análises EOF.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Ozônio e Atmosfera Terrestre

O Ozônio (O3), molécula triatômica constituída apenas por átomos de oxigênio, é um
gás traço presente em relativa pequena quantidade na atmosfera terrestre (SLUSSER et al.,
1999). Junto ao argônio (Ar), vapor d’água (H2O), dióxido de carbono (CO2) e outros gases,
representa aproximadamente 1% de toda a massa atmosférica (SALBY, 1995; LIOU, 2002;
WALLACE; HOBBS, 2006). De sua totalidade, aproximadamente 90% encontram-se na
estratosfera, entre 15km e 50km de altitude, onde sua produção ocorre em abundância
(LONDON, 1985; WMO, 1995). As concentrações aumentam rapidamente acima da
troposfera, atingindo valores máximos de até 10 ppmv (partes por milhão de volume) em torno

de 24km, região conhecida como “camada de ozônio” (Figura 1) (KIRCHHOFF, 1991;
SALBY, 1995; LIOU, 2002; WALLACE; HOBBS, 2006). O restante está presente dentro dos
limites da troposfera, onde é considerado um poluente por suas propriedades oxidantes
(FISHMAN et al., 1990; DERWENT et al., 2003). A altura da camada atmosférica com maior
concentração de O3 varia com a latitude e a sazonalidade.

Figura 1 - Variação com a altura da concentração de ozônio e da temperatura na atmosfera.

Fonte: adaptado de BAIRD E CANN, 2005.

As medidas de coluna total de ozônio (CTO), termo que designa o total de ozônio desde
uma área da superfície terrestre até o topo da atmosfera, são realizadas em unidades Dobson
(em inglês, DU), as quais representam a profundidade, em milésimos de centímetros, que essa
coluna teria caso fosse inteiramente exposta à temperatura e pressão padrão. Um DU equivale
à 2,69 x 1016 moléculas de ozônio por 𝑐𝑚2 . Expor a CTO média global às condições
atmosféricas padrão resultaria em uma fina camada de apenas 3mm de espessura (DESSLER,
2000).
A radiação ultravioleta (UV) proveniente do Sol é facilmente absorvida pelo O3. Suas
principais bandas de absorção são, em ordem decrescente de intensidade de absorção, a banda
de Hartley, na faixa espectral de comprimentos de onda entre 200 e 30 nm, a banda de Huggins,
de 300 a 360 nm, e a banda de Chappuis, de 440 a 850 nm (SLUSSER, 1999). Esse gás também
absorve com grande facilidade a radiação infravermelha solar com comprimentos de onda
próximos a 9,6 µm, gerando como produto aquecimento de suas moléculas, assim liberando
calor que aquece a atmosfera circundante, com maior intensidade na estratosfera, onde esses

processos de absorção são abundantes, resultando em uma camada de inversão onde as
temperaturas sobem a valores próximos de 270K. Esse aquecimento contribui enormemente
para o equilíbrio térmico global (SLUSSER et al., 1999; LIOU et al., 2002).
Por ser pouco estável, o ozônio forma-se e desfaz-se com facilidade na atmosfera.
Chapman (1930) esclareceu como funciona o ciclo natural desse gás na atmosfera através de
uma teoria fotoquímica, postulando o que hoje é conhecido como “mecanismo de Chapman”,
processo que ocorre predominantemente na altura da camada de ozônio, mas que pode ocorrer
em qualquer camada (KIRCHHOFF, 1991).
A etapa de formação das moléculas proposta descreve a criação de qualquer molécula
de ozônio, seja na estratosfera quanto na troposfera. Primeiramente, a radiação ultravioleta
(UV) proveniente do Sol, com comprimento de onda de 242 nm, chega à atmosfera terrestre e
atinge as moléculas de oxigênio (O2) na estratosfera, à aproximadamente 24 km de altura,
fotodissociando-as (hv) em átomos de oxigênio (O). Chapman descreve esse processo pela
seguinte expressão:
𝑂2 + ℎ𝑣 → 𝑂 + 𝑂

(Reação 1)

Logo em seguida, os átomos dissociados reagem com as moléculas O2 livres na
atmosfera circundante, formando o ozônio através de reação termolecular. Para este processo é
necessária a presença de um terceiro corpo (M), o qual estabiliza o produto excitado da colisão
dos reagentes. Na natureza, o corpo M geralmente são moléculas de N2 e O2.
𝑂 + 𝑂2 + 𝑀 → 𝑂3 + 𝑀

(Reação 2)

O ozônio pode ser formado na troposfera através de processos antropogênicos,
atualmente o maior contribuidor nessa camada, e naturais. A contribuições antropogênicas
ocorrem principalmente em ambientes urbanos quando gases como óxidos de nitrogênio (NOx)
e compostos orgânicos voláteis (em inglês, VOCs) reagem na presença de luz solar,
produzindo-o. Essas emissões são realizadas majoritariamente por instalações industriais,
exaustão de veículos motorizados, solventes químicos e vapor de gasolina (DERWENT et al.,
2003).
A destruição das moléculas de ozônio, que contrabalança o excesso de ozônio gerados
nos processos descritos anteriormente, pode ocorrer por mais de uma maneira. Os diversos
processos estão dispostos no quadro 1, destacam-se os que envolvem a recombinação do O3
com oxigênio, ciclos catalíticos com atuação de hidrogênio (H) (BATES; NICOLET, 1950),
óxidos de nitrogênio (NOx) (CRUTZEN, 1970), do flúor (F) e do cloro (Cl) (STOLARSKI;
CICERONE, 1974), do bromo (Br) (WOFSY; MCELROY; YUNG, 1975) e aqueles com
absorção de radiação UV solar, na faixa de absorção Hartley (200 a 310 nm) e Hugging (310 a

350 nm) (WHITTEN; PRASAD, 1985; BRASSEUR; SOLOMON, 1986). O esse último é
definido pela reação:
𝑂3 + ℎ𝑣 → 𝑂 + 𝑂2

(Reação 3)

Também há um processo alternativo onde o O3 reage com um átomo de oxigênio,
resultando em duas moléculas de oxigênio. Segue a reação:
𝑂3 + 𝑂 → +𝑂2 + 𝑂2

(Reação 4)

No quadro 1, as reações de R1 a R7 são representações de mecanismos de Chapman
estendidos (SOLOMON, 1999). Também são expostos de forma simplificada todos os ciclos
catalíticos envolvendo O3 na atmosfera terrestre.
Molina e Rowland (1974) foram pioneiros em expor que as excessivas emissões
antropogênicas de clorofluorcarbonos (CFC) na atmosfera são, atualmente, a principal fonte de
cloro dissociador de moléculas de ozônio, adiciona-se então à atmosfera mais um processo
depletor de ozônio.
O bloqueio de radiação UV que o ozônio oferece é de extrema importância para diversas
formas de vida às quais essa energia é prejudicial pois esta é biologicamente ativa,
principalmente na faixa espectral de comprimentos de onda 0,28-0,32 µm, conhecida como
radiação UV-B (SALBY, 1995; SLUSSER, 1999). Em seres humanos essa energia promove
doenças como o câncer de pele, catarata, supressão do sistema imunológico e queimaduras
solares. Prejudica também o desenvolvimento de plantas e a química molecular da fotossíntese
tanto de plantas terrestres como do fitoplâncton, produzindo perturbações nos sistemas
aquáticos. Uma curiosa consequência da redução da população de fitoplânctons é o aumento da
temperatura da atmosfera, pois, esses microrganismos naturalmente absorvem gás carbônico.
Além disso, há efeitos diretos na cadeia alimentar oceânica (WHO, 1994).
A utilização de radiação UV solar pelos processos do ozônio absorve praticamente toda
a energia nas faixas de UV-A e UV-B (comprimentos de onda entre 240 e 320 nm), diminuindo
a quantidade que chega à superfície, o que torna as concentrações de O3 inversamente
proporcionais ao saldo total desta energia. É estimado que uma redução de 1% nas
concentrações de O3 estratosférico aumente em até 2% o total de radiação UV que atinge a
superfície (SEINFELD; PANDIS, 2006).
Como a produção de ozônio está intimamente ligada à incidência de radiação solar,
latitudes tropicais são as regiões do globo em que há maior produção deste gás, pois estas
recebem maiores parcelas desta energia por área, resultado de uma dependência do ângulo solar

zenital. O pico de produção ocorre a aproximadamente 40 km de altura, mas as maiores
concentrações a cerca de 15 km de altura.

Quadro 1 - Processos químicos chave e ciclos catalíticos envolvendo a molécula O3 na
estratosfera.

Fonte: Adaptado de Solomon, 1999.

No entanto, em contraste, essa é a região do globo com as menores concentrações de
ozônio. Isso ocorre como consequência da circulação atmosférica Brewer-Dobson (CBD) que
transporta o ozônio gerado na região equatorial, depositando-o em latitudes polares. O pico de
concentração nas altas latitudes ocorre a aproximadamente 25 km de altura, com valores
maiores para o hemisfério norte (HN) quando comparado ao hemisfério sul (BREWER et al.,
1949; DOBSON et al., 1968).
A CBD é uma circulação meridional de massas de ar proposta nos estudos Brewer
(1949) e Dobson (1956), caracterizada por ascensão de massas de ar desde a troposfera até a
estratosfera sobre a região equatorial, bifurcação desse fluxo nas direções norte e sul, e
deslocamento para maiores latitudes em ambas as direções com descendência em médias e altas
latitudes, alçando até mesmo a região polar (Figura 2a) (WMO, 2010). A região de maiores
movimentos verticais ascendentes promovidos por essa circulação se desloca para latitudes
mais ao norte ou mais ao sul, dentro da região tropical, a depender da sazonalidade, de acordo
com a figura 2b.

Figura 2 - Em (a), seção transversal meridional da concentração média climatológica anual de
ozônio (Contornos de cor, em unidades Dobson (DU) por km), calculada para o período de
1980-89 a partir de medições de satélite SBUV. As setas pretas indicam o transporte de ar
troposférico através da tropopausa tropical e a CBD na estratosfera. Em (b), velocidades
verticais médias (w∗) em 70 hPa no período de 1989 a 2009 pelo ERA-Interim.

Fonte: Adaptado de NASA, 2006 e BUTCHART, 2014.

Esse mecanismo é promovido pela dissipação de ondas de Rossby e de gravidade que
se propagam para cima desde a troposfera tropical, com maior contribuição do hemisfério em
que está ocorrendo o inverno (SHAW; SHEPHERD, 2008). Birner e Bönisch (2011)

propuseram que não há apenas um ramo ascendente, mas dois. Um raso, com transporte na
baixa estratosfera e descendência nos subtrópicos e latitudes médias, e um ramo profundo, que
ascende até a alta estratosfera e subside em médias e altas latitudes (Figura 3) (WMO, 2010).
O transporte de ozônio dos trópicos para altas latitudes pela CBD demora entre três e
quatro meses, o que indica que o tempo de vida do ozônio dentro da estratosfera é muito maior
que esse intervalo. Na alta estratosfera o tempo de vida fotoquímico é de algumas horas,
enquanto na baixa estratosfera, várias semanas (SALBY, 1995).
Estudos indicam que as crescentes emissões de gases de efeito estufa influenciam o
transporte da CBD, intensificando-o. O resultado são alterações nos padrões de distribuição de
componentes químicos em toda atmosfera. Acelerações no transporte do ramo raso foram
observadas nas últimas décadas, causando modificações nas concentrações de O3 (DIALLO et
al., 2019).

Figura 3 - Ilustração esquemática dos ramos rasos e profundos da circulação de Brewer-Dobson
na estratosfera nos solstícios. Também é mostrada a seção transversal meridional da
concentração de ozônio durante inverno boreal (sombreamento de cor, com tons mais escuros
indicando maiores concentrações de ozônio) e a localização aproximada da tropopausa (linha
tracejada).

Fonte: WMO, 2014.

O ozônio estratosférico sofre variações sazonais, mais evidentes à medida que nos
afastamos da região equatorial em direção à altas latitudes. Como visto na figura 4, que exibe

os valores médios mensais da CTO por faixa de latitude, as maiores concentrações de ozônio
nas regiões polares ocorrem ao fim da primavera, quando as áreas circundantes aos polos
exibem fortes correntes de ar descendentes às quais transportam ar estratosférico rico em O3 na
direção dos pólos pela alta estratosfera e em direção ao equador pela baixa estratosfera
(GARCIA; SOLOMON, 1987; WAKAMATZU et al., 1989; SEINFELD; PANDIS, 1998). No
hemisfério norte os valores chegam a 450,0 DU enquanto no hemisfério sul, 350,0 DU (Figura
4) (NASA, 2000; SCHMALFUSS, 2014).

Figura 4 - Valores de média climatológica da CTO como função da latitude e tempo, valores
apresentados em Unidades Dobson. Em (a) temos os valores para era pré-industrial, em (b), pós
ação de depleção antropogênica do ozônio pela emissão de CFCs.

Fonte: adaptado de Seinfeld e Pandis, 2006.
A figura 5 ilustra as concentrações médias sobre toda superfície do globo, para cada
trimestre. As concentrações mínimas sobre os polos ocorrem durante a primavera de cada polo
(SEINFELD; PANDIS, 2016). Para latitudes médias, as máximas ocorrem no outono e na
primavera. Nas regiões tropicais as variações são mínimas pois o total de radiação solar
disponível à atmosfera é praticamente constante durante todo o ano, mantendo constantes os
processos de formação e depleção (WAKAMATZU et al., 1989). O valor médio para essa
região é de 250,0 DU (WHITTEN; PRASAD, 1985).

Figura 5 - Ilustração da CTO média para todo o globo terrestre. Valores obtidos a partir de
médias de duas semanas dentro de cada trimestre de 2009, dados obtidos por sensoriamento
remoto.

Fonte: Fahey e Hegglin, 2010.

Durante os meses de inverno há resfriamento em altas latitudes pela ausência de luz
solar, provocando intensificação da subsidência pré-existente sobre essa região.
Consequentemente haverá um aumento do gradiente latitudinal de pressão entre latitudes
médias e a região polar, que provocará, junto à força Coriolis, uma circulação intensa ao redor
do polo com sentido de oeste, denominado “Jato da Noite Polar”, o qual se estende
verticalmente acima de 100hPa e possui velocidades médias de 100m/s nas proximidades de
30-35 km de altura (DESSLER, 2000). Como resultado, é originado o “vórtice polar”, um
ciclone persistente de grande escala atuando na estratosfera (Figura 6) SCHOEBERL;
HARTMAN, 1991).

Figura 6 - Representação da CTO no hemisfério sul (a), vorticidade potencial na camada de
temperatura potencial 460 K (b) e temperatura em 50 hPa durante a atuação do Vórtice Polar
Sul (c) em 22 de agosto de 2011.
(a)

(b)

(c)

Fonte: NASA, 2017.

O vórtice modula, entre diversas variáveis, a distribuição do ozônio estratosférico. O
bloqueio formado ao redor do ciclone impede que o O3 transportado desde menores latitudes
pela CBD alcance altas latitudes (WMO/ UNEP, 1992; WMO/ UNEP, 1994). No hemisfério
sul, há acúmulo desse gás ao longo dos cinturões de latitude 60°S, zona de baixa pressão das
frentes polares, atingindo valores máximos de concentração na primavera, podendo atingir até
500,0 DU (Figura 7) (DOBSON, 1968; ANDRÉ, 2003; WMO, 2010).
O vórtice se desfaz entre o fim da primavera e início do verão por causa do aquecimento
solar que enfraquece o gradiente latitudinal de pressão, arrefecendo a circulação de oeste. Nesse
momento, há desbloqueio para o trânsito de massas de ar em direção à região polar, permitindo
a CBD distribuir de forma mais homogênea o ozônio estratosférico entre todas as latitudes, o
que ocorre no verão e outono (DOBSON, 1968; ATKINSON, 1989; WAKAMATSU et al.,
1989; BOWMAN, 1990). O ozônio gerado na estratosfera dentro da área do vórtice é
transferido para a troposfera durante o verão através de movimentos descendentes (SEINFELD;
PANDIS, 1998).
Nos anos 80, a atenção da comunidade cientifica foi voltada para uma depleção
significativa de ozônio estratosférico sobre a região polar sul. Foi percebido em 1977 que a
razão de mistura de O3 sobre a Antártica havia caído significativamente durante algumas
semanas dos meses de primavera daquele hemisfério, período de atuação do vórtice polar. Um
agravamento progressivo foi observado a cada ano posterior. Os valores de CTO observados
eram de aproximadamente 100,0 DU quando o esperado eram valores médios próximos a 350,0
DU. As diminuições mais expressivas ocorriam entre 12 e 24 km de altitude (FARMAN et al.,

1985). Esse fenômeno passou a ser comumente denominado de “buraco na camada de ozônio”
(SOLOMON, 1999).

Figura 7 - Média da velocidade do vento zonal em metros por segundo exibida em um corte
latitudinal durante a atuação do Vórtice Polar Sul, em 21 de agosto de 1995. Valores positivos
representam ventos de oeste (a). Quantidade de ozônio (em ppmv) representada em um corte
latitudinal da superfície de 465K de temperatura potencial para 15 de setembro de 1992. Pontos
caracterizam medidas individuais e a linha, a média. A linha vertical expões a localização da
borda do vórtice.

Fonte: adaptado de Desler, 2000.

O vórtice polar, que quando ativo, impede a entrada de O3 e outros gases traços,
transportados pela CBD desde médias latitudes, na região polar, além de aprisionar as
moléculas desses gases já presentes nessa região em seu centro intensamente

resfriado pela

ausência de aquecimento por absorção de luz solar (SCHOEBERL et al., 1992; DESSLER,
2000). O bloqueio ocorre pois o vórtice cria uma barreira de mistura em suas bordas, entre 18
e 35 km de altura, impedindo a troca de gases entre a estratosfera polar e a estratosfera de
médias latitudes (SCHOEBERL et al., 1992; BOWMAN, 1993; NASH et al., 1996).
Quando há CFCs, gases emitidos exclusivamente por atividades antropogênicas, na
atmosfera aprisionada, as nuvens estratosféricas polares (NEPs), presentes no interior do
vórtice, ativam o cloro presente nesses gases, o qual em seguida irá reagir com o ozônio
atmosférico, destruindo-o em poucas semanas (SOLOMON, 1986; LIOU, 2002).

Em maiores detalhes quanto aos processos químicos, essas nuvens provocam a liberação
do cloro reativo das espécies reservatório ClONO2 e N2O5, as quais reagem heterogeneamente
com as NEPs nas quais o HCl foi absorvido. Como resultado, há produção de gases Cl2, HOCl
e ClNO2. Para fotólise do Cl2, HOCl e ClNO2 é necessária a incidência de luz solar, o que libera
o cloro reativo, que destrói as moléculas de ozônio (MOLINA; ROLAND, 1974; SOLOMON,
1986).
As NEPs surgem apenas sobre a região polar dentro do vórtice polar a partir da
tropopausa, entre 15 e 20 km de altitude, no período de inverno e início da primavera, como
consequência das baixas temperaturas (183,0 K) necessárias para sua formação e da presença
de pequenas quantidades de ácido nítrico e vapor d’água no interior do vórtice polar Antártico,
em uma altitude próxima à 20 km (SOLOMON, 1999; DESSLER, 2000).
O buraco acontece periodicamente sobre a Antártica pois o vórtice polar sul é estável,
resultado da distribuição quase simétrica do oceano circundante. O vórtice Ártico é mais quente,
em torno de 10,0 K, e por isso não é estável o suficiente para sustentar a ocorrência periódica
de buracos na camada de ozônio, porém podem ocorrer esporadicamente. As NEPs são menos
presentes no hemisfério norte, desaparecendo antes da chegada da luz solar na primavera,
também, o vórtice mais fraco permite a entrada de O3 transportado pela CDB (CHUBACHI et
al., 2005; TRIPATHI et al., 2006; SOLOMON et al., 2007).
Salgado et al. (2010) mostram que o buraco na camada de ozônio evoluiu ao longo dos
anos após sua descoberta (Figura 8). Em 1979 ele apresentou uma área de um milhão de
quilômetros quadrados, aumentando gradualmente em paralelo ao aumento da emissão de
CFCs, atingindo 30 milhões de quilômetros quadrados em 2006.
Os efeitos desse fenômeno podem se estender além das latitudes polares, influenciando
a atmosfera sobre a América do Sul. Quando o efeito do buraco se estende até essas latitudes
pode haver quedas nos valores da CTO atingindo concentrações inferiores à 220,0 DU, valor
que representa dois terços da média histórica (HOFMANN et al., 1997). Tais consequências
são classificadas como efeitos primários do buraco na camada de ozônio (KIRCHHOFF et. al.,
1997; SCHMALFUSS, 2014).
Além dos efeitos primários há os efeitos secundários, aqueles que afetam baixas
latitudes. Pesquisas mostram que massas de ar pobres em ozônio podem se desprender do
vórtice antártico em seu período de maior instabilidade, durante a primavera austral, e se
deslocar para menores latitudes, diminuindo temporariamente os valores da CTO por um
período de três a quatro dias (PRATHER; JAFFE, 1990; KIRCHHOFF et al. 1996;
BERTAGNOLLI et.al. 2006). Eventos desse tipo já foram observados na América do Sul

(BITTENCOURT et al., 2018; BRESCIANI et al., 2018), África do Sul (SEMANE et al., 2006)
e Nova Zelândia (BRINKSMA et al., 1998).

Figura 8 - Série de mapas de CTO derivados de observações de satélite. Cada mapa representa
a média para outubro de cada ano, mês de destruição máxima da camada de ozônio sobre a
Antártica.

Fonte: SALAWITCH et al., 2018.
Bojkov et al. (1995) mostrou que no período entre 1964 e 1994 houve tendência de
diminuição da CTO de 4,1% por década em latitudes médias do hemisfério Sul, e 4,3% no
hemisfério Norte. No entanto, medidas para a redução das emissões antropogênicas de CFCs
implementadas a partir do fim do último século desfizeram essa tendência negativa
(CHUBACHI et al., 2005). Na última década houve uma regressão constante, ano a ano, no
tamanho do buraco na camada de ozônio (KUTTIPPURATH et al., 2013; SOLOMON et al.,
2016).
O O3 estratosférico sofre também variações em escala de tempo diária. Durante a noite
a ausência de radiação ultravioleta cessa os processos de formação e destruição que envolvem
esta energia, restando apenas criação de O3 por associação de átomos livres de ozônio.

Inicialmente, quando a luz solar retorna, moléculas são desfeitas, mas logo há intensificação
nos processos de associação (WALLACE; HOBBS, 2006). Variações na escala diária também
estão relacionadas a sistemas atmosféricos, há uma correlação inversa entre os valores da CTO
e de pressão atmosférica (DOBSON, 1968; GURNEY et al., 1993).
Transportes verticais também modulam as concentrações. No período noturno, massas
de ar da troposfera média superior, com maiores concentrações de O3, são deslocadas para
menores altitudes por movimentos descendentes ligados à convecção (BETTS et al., 2000). Na
baixa troposfera é rapidamente desfeito por processos de oxidação (SALBY, 1995).
O ciclo solar de 11 anos provoca variações no total de radiação que atinge a atmosfera
terrestre. A variação da irradiância solar total (em inglês, ETI) é muito pequena,
aproximadamente 0,1% (~ 1,3 Wm-2), e ocorre quase totalmente na faixa de espectro do
ultravioleta. Como essa radiação é vital nos processos de criação e destruição do ozônio, haverá
alterações na razão de mistura do gás. Ao decorrer do ciclo solar há uma variação de 5-7% na
razão de mistura do O3 presente na estratosfera superior (0,7 a 2 hPa) e de 2% para a CTO
(CHANDRA; MCPETERS, 1994). Alterações no O3 estratosférico provocam anomalias de
temperatura nessa mesma camada, por consequência, haverá alterações na propagação
ascendente e quebra de ondas planetárias que impulsionam a CBD (GETTELMAN et al., 2011;
ABALOS et al., 2019). Modificações nos padrões do ozônio estratosférico tropical podem
incitar alterações nas células de Walker e Hadley através do aumento de gradiente de
temperatura entre o polo e o equador (CHEN; BI; 1992; POLVANI et al., 2011).
Sistemas sinóticos alteram os valores de CTO. O deslocamento da corrente de jato de
latitudes maiores em direção ao sul do Brasil promovendo o deslocamento de massas de ar
pobres em O3 (PERES, 2013; BITTENCOURT et al., 2018 e 2019). Sistemas frontais, durante
sua passagem, e as correntes de jato associadas, provocam dobramentos na tropopausa,
permitindo trocas de ar da estratosfera para a troposfera (CARLSON, 1998). Como
consequência há um aumento temporário nos valores de CTO por sobre as regiões de passagem
(REED, 1955; KUNZ; SPETH, 1997; FONTINELE, 2012). Esse evento está principalmente
relacionado a fortes núcleos de jato na alta troposfera, com máximo no inverno e mínima no
fim da primavera e início do verão (APPENZELER et al., 1996).
Convenções tropicais, ciclones tropicais e baixas desprendidas são moduladoras da troca
entre estratosfera e troposfera, por isso afetam as concentrações de ozônio (LIU et al., 2011;
TRICKL et al., 2011; CHUTIA et al., 2021). A troca de massas da troposfera para estratosfera
introduz gases depletores de ozônio na estratosfera, modulando a razão de mistura em altos
níveis. O trânsito de massas da estratosfera para a troposfera adiciona O3 na troposfera,

alterando as propriedades oxidativas dessa camada e afetando o sistema climático, pois este é
um gás de efeito estufa (HINTSA et al., 1998; GAUSS et al., 2003; KENTARCHOS;
ROELOFS, 2003; FORSTER et al., 2007). Bloqueios atmosféricos e ciclones produzem
anomalias negativas na CTO (CANZIANI et al., 2002; MIDYA et al., 2012; KUNKEL et al.,
2019).

2.2 El Niño - Oscilação Sul e Ozônio

O El Niño - Oscilação Sul (ENOS) é o principal modo de variabilidade interanual
atuando na temperatura da superfície do mar (TSM) do Pacifico e na troposfera tropical,
afetando tempo e clima (PHILANDER, 1990; TRENBERTH, 1997; RANDEL et al., 2009;
CALVO et al., 2010). É caracterizado por alterações dinâmicas provocadas pelo acoplamento
oceano-atmosfera, sua influência pode ser observada não apenas na troposfera, como também
na estratosfera, ao redor de todo o globo, modulando padrões de convecção, temperatura do ar,
circulação e distribuição de gases traços, interferindo na ocorrência de chuvas torrenciais e
secas, causando inundações, regendo ciclos biológicos, além de vários outros efeitos em
diversas localidades (YULAEVA; WALLACE, 1994; WANG et al., 2000; RANDEL et al.,
2009; CALVO et al., 2010; XIE et al., 2011, 2012; PHILANDER, 2018).
Por definição da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (NOAA,
2021a), o ENOS é configurado quando há um aquecimento ou resfriamento anômalo com
amplitudes iguais ou maiores que 0,5°C nas águas superficiais do oceano Pacifico equatorial,
sobre uma determinada região conhecida como Niño 3.4 (N3.4), localizada em (5°N-5°S, 120°170°W), região próxima ao litoral do Equador e do Peru. Para identificação da ocorrência de
ENOS é amplamente utilizado o índice Oceanic Niño Index (ONI). Para o cálculo deste índice
é utilizada a região Niño 3.4 e é necessária uma média contínua de 3 meses dos valores da TSM.
Para ser classificado como El Niño ou La Niña as anomalias excedem +0,5°C e -0,5°C,
respectivamente, por pelo menos cinco meses consecutivos. Esta é a definição operacional
usada pela NOAA.
Há duas fases neste modo de variabilidade, uma “quente” e outra “fria”. A fase “quente”,
conhecida como El Niño, ocorre quando uma área da superfície do oceano N3.4 próxima a
América do Sul apresenta temperaturas anômalas elevadas e que se expande ao longo do tempo
abrangendo a superfície do Pacífico Central e Oriental (Figura 9).

Figura 9 - Representação de anomalia da TSM no Oceano Pacífico durante um forte La Niña,
em dezembro de 1988 (a), e El Niño, em dezembro de 1997 (b) (NOAA, 2014a).
(a)

(b)

Fonte: NOAA, 2021.

Como consequência desse aquecimento, há maior transferência de calor para a
atmosfera, diminuindo a pressão desta (Figura 10a), expandindo-a e criando movimentos
verticais ascendentes, incitando a formação de convecção na região central e oriental do
Pacifico equatorial e reprimindo na região oriental (DESER; WALLACE, 1990; PHILANDER,
1990; YULAEVA et al., 1994; GETTELMAN et al., 2001; KILADIS et al., 2001).

Fonte: NOAA, 2021b.

Criam-se então ramos atmosféricos de circulação de ar configurando uma célula de
Walker anômala com ascendência a partir da região de temperatura de superfície do mar (TSM)
anômala e com subsidência no Pacifico oriental e em outros locais do globo terrestre, como
exemplo, ao norte da América do Sul (Figura 11b). Essas alterações na dinâmica da atmosfera
afetam, em cadeia, toda a circulação global (TRENBERTH; SHEA, 1987; TRENBERTH,
1997; ASHOK et al., 2007).

Figura 11 - Representação esquemática da interação oceano-atmosfera sobre o Pacífico e
circulação atmosférica em períodos neutros (a), durante a atuação de El Niño (b) e de La Niña
(c).
(a)

(b)

(c)

NOAA, 2014b.

O oposto ocorre durante a fase “fria”, denominada La Niña, quando há resfriamento nas
águas do Pacífico ocidental tropical e que se expande ao longo do tempo de forma similar ao
que ocorre durante o El Niño, causando diminuição da temperatura do ar adjacente, assim
aumentando a pressão e criando movimentos verticais descendentes (Figura 10b).
Essas alterações impedem o desenvolvimento de células de convecção sobre o Pacífico
ocidental e central, e incitará o desenvolvimento em regiões onde os ramos criados pelas
alterações dinâmicas provocam movimentos ascendentes, a exemplo locais como o Pacifico
oriental e norte da América do Sul (Figura 11c). (TRENBERTH, 1997; TAKAHASHI et al.,
2011; MANATSA; MUKWADA, 2017)
As fases fria e quente se alternam em um período aproximado de 2 a 8 anos
(PHILANDER, 1990; BALDWIN; O’SULLIVAN, 1995). Esse modo têm os seus maiores
picos de atuação durante os meses de verão do hemisfério Sul (ABALOS et al., 2015). Há
diversos estudos que propõem explicar esse modo de variabilidade, porém nenhum chegou a
conclusões definitivas sobre as suas origens e mecanismos, apenas sobre seu desenvolvimento,
sustentação e impactos na atmosfera (NEELIN et al., 1998; WANG, 2001). Manatsa e
Mukwada (2017) sugerem que a energia que aciona o ENOS no Pacífico Equatorial tem suas
origens na regulação do total de radiação UV-B que penetra a troposfera, não na superfície do
mar, como é cogitado usualmente. Os autores propõem que perturbações na química e física da
atmosfera tropical sobre o Pacífico determinam a concentração de ozônio na baixa estratosfera
dessa região, e como consequência, a quantidade de radiação UV-B disponível para aquecer a
alta troposfera, pois o ozônio é absorvedor dessa onda eletromagnética. Aquecimentos na alta
troposfera levam a intensificações na circulação de Walker e feedbacks positivos alimentam
anomalias que conduzem ao pico do ENOS durante o verão do hemisfério sul e sua dissipação
no outono. Segundo os autores, a possibilidade desse modo ser sustentado por mecanismos de
feedback envolvendo a baixa estratosfera, alta troposfera e a superfície explicam o porquê de o
ENOS ter um ciclo completo toda vez que iniciado.
Esse modo de variabilidade influencia a CTO (Figura 12). Diversos estudos
investigaram como essa modulação ocorre na região tropical (ZHANG et al., 2010; OMAN et
al., 2011; XIE et al., 2014; DOMEISEN et al., 2019; XIE et al., 2020). Abalos et al. (2015) e
Manatsa e Mukwada (2017) afirmam que nos trópicos este modo tem sua maior influência na
baixa estratosfera, diminuindo drasticamente sua influência nas camadas abaixo e acima,
provocando, em média, 10% da variação dos conteúdos de ozônio naquela camada. As maiores
alterações se apresentam durante eventos El Niño, variando até 15% (RANDEL et al., 2009;
CALVO et al., 2010; DIALLO et al., 2012; KONOPKA et al., 2016; DIALLO et al., 2018).

Anomalias negativas (positivas) de ozônio são provocadas pelos ENOS na baixa
estratosfera e positivas (negativas) na média estratosfera, apresentando pico máximo de atuação
3 meses após a máxima anomalia da TSM na região do Niño 3.4 (YULAEVA; WALLACE,
1994; CALVO FERNANDEZ et al., 2004; RANDEL et al., 2009; HOOD et al., 2010).

Figura 12 - Secção transversal pressão-latitude da anomalia média dessazonalizada de ozônio
(em ppb) durante La Niña/ fase de oeste do OQB (a) e El Niño/fase de leste do OQB (b). A
linha tracejada mostra a localização média da tropopausa.
(a)

(b)

Fonte: Neu et al., 2014.

Alterações robustas nas concentrações de ozônio da baixa estratosfera podem afetar a
troposfera através de acoplamentos entre as duas camadas, causando intensas anomalias de
circulação e temperatura capazes de afetar a superfície (MANATSA et al., 2013; CALVO et al,
2015; KIDSTON et al., 2015). Durante El Niño (La Niña) a troposfera é mais fria (quente) em
latitudes tropicais. Uma possível explicação para a relação entre as duas variáveis é que, para
que haja uma maior quantidade de ozônio na baixa estratosfera tropical é necessária uma maior
absorção de energia UV-B solar para formação de suas moléculas através do ciclo de Chapman,
diminuindo a quantidade dessa radiação que atingiria camadas atmosféricas inferiores, e como
consequência, extinguindo o aquecimento que essa radiação provocaria na troposfera. Para a
atuação de La Niña, o efeito oposto é valido (HARVEY; SWEENEY, 1999; STEINBRECHT
et al., 2003).

Anomalias na baixa estratosfera tropical ocorrem, pois, a CBD é acentuada durante
eventos El Niño, intensificando o transporte de massas de ar da região equatorial, ricas em
ozônio, para maiores latitudes. O ramo profundo da CBD transporta ozônio para altas latitudes
enquanto o ramo raso transporta para os subtrópicos e médias latitudes (HOLTON et al., 1995;
WAUGH; HALL, 2002; BUTCHART, 2014). Também, a CDB é capaz de transportar o ozônio
troposférico através da tropopausa, depositando-o na baixa estratosfera (RANDEL et al., 2009;
CALVO et al., 2010). A intensidade da anomalia na CBD é diretamente relacionada a
intensidade e durabilidade das anomalias da TSM geradas pelos ENOS. Durante eventos La
Niña a CBD é enfraquecida e o transporte de ozônio para maiores latitudes é diminuído
causando acúmulo deste gás na atmosfera tropical.
Alterações nos padrões da CBD ocorrem, pois, o ENOS induz anomalias na localização
e intensidade dos jatos subtropicais através do aumento do gradiente meridional de temperatura,
com maior efeito nos jatos do hemisfério norte. Em decorrência disto, há alterações na
propagação vertical e dissipação de ondas de Rossby, provocando alterações na divergência do
fluxo Eliassen-Palm (EP), este utilizado em estudos de ondas planetárias para representar a
relação entre atividades de ondas e a modulação da CBD. Como consequência, a CBD tornasse
mais forte ou mais fraca, a depender da fase do ENOS em atuação (CALVO et al., 2010).
Konopka et al. (2016) mostra que há uma forte assimetria zonal na distribuição de
ozônio durante eventos La Niña, maior nos trópicos e muito menor em grandes latitudes. Ao
contrário, uma simetria significante é esperada durante eventos El Niño.
Anomalias de ozônio associadas as convecções excessivas na alta troposfera da região
tropical também são efeitos da atuação de ENOS. O aumento da atividade convectiva no
Pacífico equatorial central e ocidental durante a fase quente do ENOS diminui a concentração
de ozônio na alta troposfera, com maior intensidade que o aumento da concentração que ocorre
no Pacifico oriental pela redução de atividades convectivas, resultando e uma anomalia média
negativa. O oposto ocorre na fase fria do ENOS (RANDEL; THOMPSON, 2011; OMAN et
al., 2013; NEU et al., 2014; SIORIS et al., 2014)
Nos subtrópicos, anomalias de CTO em padrões de dipolo são observados sobre o
Pacífico central e oriental associados a influência do ENOS nas trocas de ozônio entre a
estratosfera e troposfera nos meses inverno do HN (WAUGH; POLVANI, 2000; SCOTT;
CAMMAS, 2002). Albers et al. (2018) em uma análise para o HN, mostra que os padrões dipolo
apresentados durante atuação de El Niño estão ligados ao jato subtropical que se torna
extremamente forte e deslocado em direção ao equador nesses períodos. Nessas condições, há
uma menor atividade de ondas de Rossby dos extratrópicos para os trópicos e por consequência

há uma diminuição no transporte de massas de ar ricas em ozônio do equador para outras regiões
do globo. O efeito oposto é esperado durante a atuação de eventos La Niña. Toihir et al. (2018)
alega que apesar de haver influência de ENOS na CTO dessas latitudes, seus impactos são
muito pequenos quando comparados aos impactos em regiões tropicais. Rieder et al. (2013)
afirma que, quando comparado aos trópicos, anomalias de temperatura da troposfera e altura da
tropopausa opostas ocorrem nos subtrópicos durante eventos ENOS.
Estudos para latitudes médias apontam que existe, apesar de muito pequena, uma
influência do ENOS na CTO (BOJKOV, 1987; WANG et al., 2011, RIEDER et al., 2013).
Alguns autores sugerem que estes sinais são mascarados por outros de maior amplitude, como
o do modo de variabilidade QBO ou os de erupções vulcânicas (VAN LOON; LABITZKE,
1987; RANDEL et al., 2009; ZHANG et al., 2015).
O ENOS influencia a CBD modulando sua intensidade através da indução de alterações
na propagação vertical de ondas de Rossby, principalmente durante o verão do hemisfério sul
(GARCÍA-HERRERA et al., 2006; CAGNAZZO et al., 2009). Esse mecanismo explica
satisfatoriamente as alterações nas concentrações de ozônio estratosférico em médias e altas
latitudes, porém ainda não explana a existência de uma assimetria zonal (ZHANG et al., 2015).
Calvo et al. (2010), em um estudo para o HN, afirma que as anomalias provocadas pelos ENOS
na baixa e média estratosfera dessas latitudes estão fora de fase com a anomalias da região
tropical. Também observou que as maiores anomalias ocorrem próximas ao jato subtropical,
entre 30°N e 40°N, faixa em que ocorrem os maiores transporte desse gás da estratosfera para
a troposfera (ZENG; PYLE, 2005).
Zhang et al. (2015) trouxe alguns esclarecimentos para os mecanismos envolvendo essas
trocas. Supõe-se que inicialmente os eventos El Niño incitam a formação de convecção e
formação de ondas atmosféricas na região do Pacífico ocidental, provocando trens de dois tipos
de ondas de Rossby barotrópicas que se propagam para médias latitudes. Ao atingirem essas
latitudes, modulam a altura da tropopausa promovendo alterações no perfil vertical da CTO.
Diminuir a altura da tropopausa induz transferência de ozônio da estratosfera para a troposfera,
sendo o tempo de vida deste gás maior nesta camada. Ao contrário, aumentando a altura da
tropopausa temos diminuição de valores da CTO. É estimado que esse modo provoque de 20 a
30% da variabilidade desse gás traço na faixa entre 30°N e 60°N, podendo atingir 50% na região
sobre o Norte do Pacifico, alterando principalmente as concentrações na alta troposfera e baixa
estratosfera.
A depender da longitude, a CTO de médias latitudes responde de formas diferentes ao
ENOS, consequência de processos dinâmicos, aos quais Zhang et al. (2015) se aprofunda. O

mesmo estudo avaliou o aumento anômalo da ocorrência de quebra de ondas de Rossby ao
longo da corrente de jato do Norte da América e Norte da África-Asia, intensificada durante a
ocorrência de eventos El Niño, e como isso influência a CTO. Concluiu que essas quebras criam
movimentos horizontais de massas de ar em direção ao Polo Norte, conduzindo ozônio de
baixas latitudes para médias latitudes. Durante a ocorrência de La Niña são apresentados
impactos opostos na atmosfera de médias latitudes. Detalhes desse processo são ilustrados na
figura 13, apresentada originalmente no estudo elucidado.

Figura 13 - Diagrama esquemático dos mecanismos pelos quais os eventos do El Niño
influenciam o ozônio em latitudes médias. Os eventos La Niña têm efeitos quase opostos na
CTO e em outros campos meteorológicos não mostrados. Linhas grossas verdes indicam as
correntes de jato da América do Norte e do Norte da África-Ásia, linhas grossas amarelas
indicam eventos de quebras de ondas de Rossby em escala sinótica. Setas curvas indicam
circulações horizontais anômalas em escala planetária associadas a eventos ENOS. Os círculos
vermelhos e azuis representam a queda e o aumento anômalo de altura da tropopausa. Além
disso, as setas vermelhas e azuis grossas denotam os transportes de ozônio para baixo e para
cima associados às mudanças na tropopausa, respectivamente. Setas retas finas pretas
representam a circulação impulsionada por ondas devido a eventos de quebra de ondas de
Rossby.

Fonte: Zhang et al., 2015.

A alteração da intensidade da CBD por eventos ENOS pouco influencia a CTO em
latitudes entre 30°N e 60°N durante o trimestre estudado. As anomalias relacionadas a esta
alteração no padrão de circulação não são maiores que 1DU/mês nesta região. Isso ocorre, pois,
a subsidência da CBD ocorre principalmente sobre a região polar (ZHANG et al., 2015).
Zhang et al. (2015) analisou o comportamento da CTO durante a atuação de El Niño
durante os meses de janeiro, fevereiro e março. Foram encontrados valores anômalos maiores
que a média sobre o Pacífico Norte, ao sul dos Estados Unidos, oceano Atlântico Sul, nordeste
da África e leste da Asia. Sobre o oceano Atlântico Norte e nordeste da América do Norte foram
encontrados valores abaixo da média. Quatro centros com valores de CTO maiores que a média
apresentaram-se circundando o planeta como trens de onda, ao longo de latitudes medias.
Durante a ocorrência de La Niña observou-se padrões espaciais de anomalias similares aos
encontrados durante a atuação de eventos El Niño, porém, com sinais opostos.
Pesquisas com objetivo de compreender a influência de ENOS na CTO da região polar,
como exemplos Cagnazzo et al. (2009) e Zubiaurre e Calvo (2012), indicam que a ocorrência
de El Niño aumenta as concentrações de ozônio sobre o Polo Norte. Hamilton (1993) e Baldwin
e O’Sullivan (1995) mostraram haver fracos sinais de ENOS nessas latitudes, porém outros
trabalhos sugerem que há fortes sinais na estratosfera dessa região relacionados a este modo
durante os meses de verão do hemisfério sul (CAMP; TUNG, 2007; FREE; SEIDEL, 2009).
Durante a atuação de El Niño, Xie et al. (2012) encontrou sinais de resfriamento do
vórtex polar sul, no entanto, insuficientes para induzir aumento significativo de sua intensidade.
Quanto aos mecanismos que provocam o resfriamento, entende-se que a diminuição de fluxos
EP reduz o aquecimento dinâmico conduzido por ondas atmosféricas. É sugerido também que
explicações para esses mecanismos residam no transporte desintensificado de ozônio da
estratosfera tropical para a estratosfera de altas latitudes enquanto atuam eventos El Niño, e na
compressão adiabática enfraquecida no vórtice polar, consequência do enfraquecimento da
CBD.
Em pesquisas voltadas para o HN quanto a influência do El Niño, foram identificados
resfriamento na estratosfera tropical e aquecimento na estratosfera sobre o ártico, efeito inverso
ao encontrado sobre a região Antártida (CAMP; TUNG, 2007; GARFINKEL; HARTMANN,
2007; FREE; SEIDEL, 2009). No período de atividade de El Niño intenso a atmosfera sobre
essas latitudes fica mais aquecida e com vórtices polares mais fracos, efeito associado à
anomalias positivas de ozônio em altas latitudes, consequência da intensificação da CBD pela
mesma fase do modo (CALVO FERNANDEZ et al., 2004; SASSI et al. 2004; GARCÍA-

HERRERA et al., 2006; MANZINI et al., 2006; CAGNAZZO et al., 2009; FREE; SEIDEL,
2009).
Quando comparado ao HS, Xie et al. (2012) conclui que eventos El Niño influenciam
com maior intensidade a estratosfera de altas latitudes do HN. Sinais de eventos ENOS na
estratosfera polar influenciam a troposfera através de acoplamentos entre as duas camadas
(BELL et al., 2009; CAGNAZZO; MANZINI, 2009; INESON; SCAIFE, 2009). Bell et al.
(2009) e Cagnazzo e Manzini (2009) apontam a estratosfera como o principal meio por onde
permeiam sinais de ENOS entre a troposfera tropical e a de altas latitudes.
Uma outra variante de ENOS apresentou aumento em sua frequência de ocorrência nas
últimas décadas e tem recebido atenção em recentes estudos (YU; KAO, 2007; KAO; YU,
2009; YU et al., 2010). Nomeado por Ashok et al. (2007) como El Niño Modoki, termo
provindo da língua japonesa que significa “similar, porém diferente”, sua principal
característica é a diferença no padrão de aquecimento das águas do Pacifico. Nesse modo
também são apresentadas duas fases, uma “quente”, El Niño Modoki, e outra “fria”, La Niña
Modoki. Durante eventos El Niño (La Niña), a região central do Pacífico aquece (resfria)
enquanto o Pacifico ocidental e oriental resfriam (aquecem) (Figura 14) (ASHOK et al., 2007;
WENG et al., 2009; XIE et al., 2012). Xie et al. (2012) observou que quando comparados a
eventos ENOS não-Modoki, sendo esses referidos como “canônicos”, as anomalias positivas
(negativas) de TSM na região central (oriental) do Pacifico equatorial são menos intensas.

Figura 14 - Exemplos de padrões de anomalia média da TSM para El Nino Canônico (a) e El
Nino Modoki (b). As áreas coloridas possuem nível de confiança de 99% em teste T Student
bicaudal.

Fonte: Zhang et al., 2019.

Estudos mostram que estas alterações nos padrões de anomalia de TSM, tanto na
configuração espacial quanto na intensidade, são suficientes para provocar alterações dinâmicas
atmosféricas significativamente diferentes daquelas geradas pelos ENOS canônicos,
influenciando o clima global de forma singular (TRENBERTH; SMITH, 2006; WENG et al.,
2007, 2009; XIE et al., 2012, ZUBIAURRE; CALVO, 2012). Um dos principais fatores para
esta distinção são as alterações diferenciadas que ocorrem na circulação atmosférica pois este
modo apresenta duas células de Walker anômalas, manifestando dois ramos descendentes
(ascendentes) e um ramo ascendente (descendente) ao longo do Pacífico equatorial (Figura 15)
(ASHOK et al., 2007; WENG et al., 2007, 2009).

Figura 15 - Representação esquemática da interação oceano-atmosfera sobre o Pacífico e
circulação atmosférica durante a atuação de El Niño (a), El Niño Modoki (b), La Niña (c) e La
Niña Modoki (d).

Fonte: Ashok; Yamagata, 2009.

Ashok et al. (2007, 2009) detalham análises e mostram que eventos Modoki são
independentes de eventos canônicos, estabelecendo-os como modos de variabilidade

independentes. Eventos Modoki tem a advecção zonal da TSM média moduladas por correntes
zonais anômalas (KUG et al., 2009). Quanto aos seus períodos de ocorrência, parece haver uma
preferência para que o ponto máximo de atuação desse modo ocorra durante o verão do
hemisfério Sul, assim como eventos canônicos (ZUBIAURRE; CALVO, 2012). O ENOS
Modoki se inicia, desenvolve e arrefece a partir da região central do Pacifico equatorial e não
obrigatoriamente deve ser precedido pela fase oposta, seja quente ou fria (KAO; YU, 2009).
Yeh et al. (2009) e Ashok et al. (2007) apontam que houve aumento na frequência de
eventos ENOS Modoki desde 1979 e que isto pode ser consequência de recentes alterações
climáticas de origens antropogênicas e naturais.
A presença ou não de ENOS Modoki no oceano Pacífico pode ser determinada pelo
índice El Niño Modoki, estabelecido por Ashok et al. (2007). Diferente dos critérios
estabelecidos para determinação de eventos canônicos, que leva em consideração apenas uma
área única sobre o Pacífico equatorial, este índice leva em consideração três áreas isoladas. Uma
região denominada “região A”, localizada em (165°E-140°W,10°S-10°N), outra denominada
“região B” (110°W-70°W,15°S-5°N) e a “região C” (125°E-145°E,10°S-20°N) (Figura 16). A
expressão matemática para cálculo do índice e como interpretar seus resultados podem ser
encontrados na integra em Ashok et al. (2007).

Figura 16 - Representação de regiões (A, B e C) empregadas para calcular o índice EMI e N3.

Fonte: Zubiaurre; Calvo, 2012.

O impacto desse modo na convecção e precipitação já foi alvo de diversos estudos
voltados para diversas localidades do globo terrestre. Cai e Cowan (2009), Taschetto e England
(2009), Zhang et al. (2010) e Feng e Li (2011) são alguns exemplos de estudos. Os resultados

mostram que há uma grande influência do ENOS Modoki sobre estas variáveis e detalha-os.
Porém, são poucos os estudos que propõem esclarecer a relação deste modo com as
concentrações de ozônio atmosférico, sendo a maior parte destes voltados apenas para a fase
“quente”.
Quando comparado à eventos canônicos, os gradientes anômalos da TSM gerado por
este modo impactam de formas diferentes a propagação vertical e dissipação de ondas de
Rossby na estratosfera sobre médias latitudes, induzindo diferentes efeitos (HURWITZ et al.,
2011a,b; XIE et al., 2012; ZUBIAURRE; CALVO, 2012).
Na região tropical, há diminuição de valores da CTO durante eventos de El Niño
Modoki. Na baixa e média estratosfera há uma diminuição significante da concentração de
ozônio, provocando por consequência a diminuição da absorção de radiação UV nessa camada,
o que reduz sua temperatura. Efeitos similares aos gerados por El Niño canônico, entretanto,
com anomalias de menores intensidades (XIE et al., 2014). Como consequência do resfriamento
da estratosfera, há aquecimento na troposfera. O aquecimento (resfriamento) anômalo da
troposfera (estratosfera) tropical é mais fraco e menos persistente quando comparado ao gerado
por eventos canônicos pois as anomalias de TSM geradas por El Niño Modoki são menos
intensas (XIE et al., 2012, 2014).
Hurwitz et al. (2011b) mostram que, quando o El Niño Modoki ocorre ao mesmo tempo
que a fase de leste da QBO, há um significante aquecimento da estratosfera sobre o Polo Sul
relacionado ao deslocamento para sul da Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS). Porém,
limitações no estudo impedem a generalização das conclusões obtidas. Em Hurwitz et al.
(2011a), através de simulações numéricas, os mesmos resultados são obtidos, contudo, o sinal
ENOS sobre o polo é mais fraco e não há relação com a fase da QBO.
Zubiaurre e Calvo (2012) encontrou resultados similares e concluiu que o aquecimento
da estratosfera é acompanhado por um enfraquecimento do vórtice polar sul e um significante
aumento nas concentrações de ozônio. Quanto aos mecanismos que fundam esses efeitos, os
autores afirmam que eventos El Niño Modoki intensificam teleconexões troposféricas sobre o
Pacífico Sul e América do Sul através da convecção intensificada e deslocada para oeste quando
comparadas as geradas pelo El Niño canônico. Essa configuração favorece a propagação
vertical e dissipação de ondas de Rossby na baixa estratosfera. Como consequência haverá uma
subsidência anômala de massas de ar relativamente mais quentes sobre a região polar, o que,
junto ao aquecimento adiabático, provoca aumento dos valores de CTO. As magnitudes das
anomalias, em porcentagem, são similares às encontradas por Randel et al. (2009) e Calvo et
al. (2010) na baixa estratosfera tropical durante eventos ENOS canônicos. Também é observado

que as anomalias geradas no HN são aproximadamente duas vezes maiores quando comparadas
às anomalias geradas para o HS pela ação de El Niño canônico. Quanto ao Polo Norte, Xie et
al. (2012) afirma haver evidências de que durante a atuação El Niño Modoki a atmosfera dessa
região se torna mais fria, intensificando o vórtice polar norte. La Niña Modoki produzem sinais
na estratosfera da região polar sul que resfriam essa camada a partir do mês de outubro,
propagando-se para baixo até desaparecer em meados de janeiro e fevereiro (XIE et al., 2012).
Há uma complexa e não linear relação entre o sinal da QBO e o de ENOS Modoki. Xie
et al. (2012) alega que efeitos opostos aos provocados por El Niño Modoki nos vórtices polares
norte e sul são esperados sobre os mesmos quando este modo atua simultaneamente à fase de
leste da QBO. O resultado é um vórtice polar norte enfraquecido e quente, e o Sul, frio e
intensificado. Em contraste, quando a QBO em fase de oeste atua síncrona ao El Niño Modoki,
são esperados os mesmos efeitos provocados por El Niños canônicos. Simulações numéricas
mostram que El Niños canônicos e Modoki influenciam igualmente a estratosfera dessa região
e os vórtices polares quando removidas as influências da QBO. Ao contrário do esperado para
eventos canônicos, os autores concluem que eventos Modoki influenciam com maior
intensidade a estratosfera de altas latitudes do HS, em comparação entre os dois hemisférios.
Eventos Modoki afetaram com maior intensidade as concentrações de ozônio na
estratosfera desde a década de 80 quando comparados a eventos canônicos (XIE et al., 2014).

2.3 Modo Anular Sul e Ozônio

O Modo Anular Sul (em inglês, SAM), também denominado Oscilação Antártica, é
modo de variabilidade predominante na atmosfera extratropical do hemisfério sul. É
caracterizado principalmente por anomalias de pressão e altura geopotencial, zonalmente
simétricas e de sinais opostos, uma localizada sobre latitudes médias e outra na região Antártica.
Atua em um padrão de “gangorra” norte-sul de massa atmosférica (THOMPSON; WALLACE,
2000). Apresenta duas fases, uma positiva, onde as anomalias das latitudes médias são positivas
enquanto as sobre a Antártica são negativas. Sinais de anomalias opostos são esperados para a
fase negativa (ROGERS; VAN LOON, 1982; SCREEN et al., 2009, 2010). A figura 17 exibe
uma representação das duas fases do SAM sobre o hemisfério sul.

Figura 17 - Representação da fase positiva do SAM onde os ventos se contraem ao redor dos
polos e baixa pressão atmosférica anômala sobre a Antártica (a). Na fase negativa (b), anomalias
positivas de pressão atmosférica e deslocamento para menores latitudes dos ventos de oeste que
circundam a Antártica.

(a)

(b)

Fonte: Davies, 2021.

A figura 18 exibe uma representação em corte latitudinal da estrutura atmosférica.

Figura 18 - Representação da estrutura atmosférica em um corte latitudinal. Bandas de ventos
de oeste (correntes de jato) no hemisfério norte e hemisfério sul (mostrados esquematicamente
pelos isotacas) separam o ar quente (tons de vermelho), nos trópicos, do ar frio (tons de azul),
sobre os polos.

Fonte: Toggweiler; Russell, 2008.

Esse modo possui característica barotrópica e surge na atmosfera em diversos momentos
do ano, dentro da troposfera. No entanto, pode se propagar até a estratosfera quando ocorre ao
fim da primavera austral, intervalo denominado “período ativo”, no qual a intensidade do
escoamento zonal propicia condições para uma forte interação de ondas planetárias no
escoamento médio e há maiores anomalias de altura geopotencial da estratosfera
(THOMPSON; WALLACE, 2000).
Há diversos métodos para definir a ocorrência de SAM. A diferença entre as médias
zonais de pressão ao nível do mar nas latitudes 40°S e 65°S é o método proposto por Gong e
Wang (1999). Thompson e Wallace (2000) propõem uma análise do SAM como sendo o
principal modo da Função Ortogonal Empírica (FOE) da variável altura geopotencial, para
850hPa sobre a região polar, na faixa de latitude 20°S. Outros autores fizeram uso desta mesma
técnica, no entanto para diferentes variáveis. Cai e Watterson (2002) utilizaram da altura
geopotencial em 500hPa, Cai e Cowan (2007) e Miller et al. (2006) optaram por pressão ao
nível do mar.
O SAM afeta a atmosfera do hemisfério sul promovendo variabilidade climática
principalmente em médias e altas latitudes (GONG; WANG, 1999; THOMPSON; WALLACE,
2000; THOMPSON et al., 2000; GUPTA; ENGLAND, 2006; LEFEBVRE et al., 2004; MO,
2000; SCREEN et al., 2010; STAMMERJOHN et al., 2008). São esperadas alterações na
intensidade e posição dos ventos de oeste próximos a superfície provocadas pelas mudanças
nos padrões de pressão atmosférica. Na fase positiva esses ventos são mais fortes e mais
deslocados em direção ao polo sul, fenômeno associado ao deslocamento do limite polar da
célula de Hadley e o limite equatorial da célula de Ferrel. Há baroclinia em altas latitudes
durante a atuação dessa fase.
Na fase oposta, os ventos se apresentam mais fracos e deslocados em direção ao
equador, há baroclinia sobre médias latitudes (THOMPSON; WALLACE, 2000). Como
consequência há modificações no fluxo de Ekman e no fluxo oceano-atmosfera, promovendo
assim anomalias na TSM do mesmo hemisfério, principalmente no oceano Antártico (VERDY
et al., 2006; CIASTO; THOMPSON, 2008; SCREEN et al., 2010). Análises espectrais indicam
que a variabilidade decadal do SAM é um dos principais moduladores do clima austral (YUAN;
YONEKURA, 2011).
Diversos efeitos outros efeitos são observados por todo hemisfério sul. Silvestri e Vera
(2003) apontam que durante a fase positiva (negativa) do SAM há anomalias anticiclônicas
(ciclônicas) em altos níveis e redução (aumento) da convergência de umidade e precipitação
ocorrem sobre o sudeste da América do Sul, com maior efeito durante a primavera.

Enfraquecimento (fortalecimento) do jato subtropical e fortalecimento (enfraquecimento) do
jato polar também ocorrem durante a fase positiva (negativa), assim como maior ocorrência de
ciclones extratropicais e frentes frias em menores latitudes durante a fase negativa, associado
ao deslocamento do jato subtropical em direção ao equador. Na fase positiva, os ciclones que
se formam mais próximos ao continente Antártico possuem pressões centrais mais baixas
quando comparados a aqueles que se desenvolvem em menores latitudes. Essas alterações no
padrão de distribuição espacial do desenvolvimento de ciclones promovem anomalias de
precipitação no sul da América do Sul (CARVALHO et al., 2005).
Outros efeitos da fase positiva (negativa) é o aumento (diminuição) anômalo de
temperatura do ar em latitudes médias (altas latitudes) e anomalia negativa (positiva) da CTO
em altas latitudes, associada a variação da altura da tropopausa nessa região (THOMPSON;
WALLACE, 2000).
O modo ENOS pode afetar o clima antártico através do SAM, pois este modo
proporciona acoplamento entre a atmosfera de altas e de baixas latitudes (CARVALHO et al.,
2005). Yang et al. (2007) afirma que acoplamentos estratosfera-troposfera ocorrem
preferencialmente no período entre o fim da primavera e o início do verão, propagando
anomalias de vento da baixa estratosfera para a troposfera.
Importante observar também que uma componente zonalmente assimétrica, ou nãoanular, de anomalias de pressão e vento também estão associadas ao SAM, provocando
alterações diferenciadas em regiões especificas de mesma latitude (LIMPASUVAN;
HARTMANN, 2000; HALL; VISBECK, 2002; LEFEBVRE et al., 2004).
Quanto às origens do SAM, Cai e Watterson (2002) apontam que explicações residem
na dinâmica interna da atmosfera, sendo não essenciais para sua existência a forçante ENOS,
dinâmica dos oceanos e interações oceano-atmosfera. Divergindo, outros autores não
concordam com a não-essencialidade do ENOS para manutenção desse modo de variabilidade
(CARVALHO et al., 2005; GONG et al., 2012). Carvalho et al. (2005) observa que durante
eventos El Niño (La Niña) há uma maior presença de SAM em fase negativa (positiva). Marini
et al. (2011) concorda com esta proposição após observar similaridades entre as regressões
lineares de anomalias de PNM promovidas por ENOS e aquelas promovidas pelo SAM.
Damiani et al. (2020) aponta que há correlação entre os dois modos, variando a força dessa
relação com a sazonalidade.
Quanto as origens dessa relação, os mesmos autores propõem que anomalias de TSM
em grandes áreas do Pacifico tropical impulsionadas por eventos El Niño geram trens ondas de
Rossby, que promovem anomalias de alta pressão em maiores latitudes, resultando em uma

correlação inversa entre os dois modos (MO; HIGGINS; 1998). L’Heureux e Thompson (2006)
expõe que aproximadamente 25% da variabilidade interanual do SAM tem relação linear com
flutuações do ENOS no período entre novembro e fevereiro. Através de simulações numéricas,
Cai et al. (2011) afirma haver forte relação entre os dois modos de variabilidade. Domeisen
(2019) indica que o El Niño também está associado a distúrbios mais frequentes no vórtice
polar sul e anomalias positivas de ozônio na região Antártica. Outros estudos também sugerem
que maior frequência de ENOS Modoki nas últimas duas décadas, os quais apresentam
configurações espaciais diferentes dos ENOS canônicos, podem ser responsáveis por anomalias
do SAM observadas nesse mesmo período (YEO; KIM, 2015; ZHENG; YU, 2017).
Alterações climáticas têm afetado a atmosfera de todo o globo nas últimas décadas.
Estudos indicam que a intensificação dos ventos de oeste próximos a superfície é uma das
consequências destas mudanças. Isso ocorre pois o aumento antropogênico das concentrações
de CO2 na atmosfera induz a uma maior intensidade nas circulações atmosféricas do hemisfério
sul. No entanto, verifica-se através de simulações e dados de reanálises que alterações dessa
natureza continuaram a se intensificar ao decorrer do século 21 (SWART; FYFE, 2012;
SWART et al., 2015; YANG et al., 2016) e estas continuarão a afetar não somente as variáveis
de superfície (GILLE, 2008; BIASTOCH et al., 2009; MARSHALL; SPEER, 2012), mas
também promoverá intensificação de uma tendência de maior frequência de ocorrência de fase
positiva do SAM já existente (HARTMANN; LO, 1998; THOMPSON; WALLACE, 2000;
THOMPSON; SOLOMON, 2002; MARSHALL, 2003; MONAHAN; FYFE, 2006;
THOMPSON et al., 2011; SWART; FYFE, 2012; SWART et al., 2015; YANG et al., 2016).
Nesse cenário, Lim et al. (2016) propõem que haverá redução nos totais pluviométricos
em latitudes médias e acréscimo em altas latitudes, em todas as estações. Há também alterações
nos regimes subtropicais, porém, com forte sazonalidade, havendo precipitações mais robustas
durante os meses de verão. Thompson et al. (2000) revelam que as alterações climáticas também
afetam as concentrações de ozônio sobre a região polar, diminuindo os valores nos meses do
verão e outono.
A diminuição nos valores de CTO sobre a região polar sul nos meses de primavera
causadas por emissões antrópicas de gases depletores de ozônio, conhecido como buraco na
camada de ozônio, induz, através de interações dinâmicas e termodinâmicas, tendências de fase
positiva do SAM durante a primavera e o verão além de alterações na climatologia da troposfera
em todo globo (MCLANDRESS et al., 2011). Correlações entre o ozônio Antártico e os totais
pluviométricos nas regiões australianas e chilenas foram identificadas por Damiani et al. (2020),

com forte persistência e tendência de umidificação para aquela região e forte robustez e
tendência de seca para essa região.
Quando há redução (acréscimo) nos valores de CTO durante a primavera austral, o
vórtice polar sul se torna mais forte (fraco) e há uma maior frequência na ocorrência de fases
positivas (negativas) do SAM em um período de um a quatro meses adiante, durante o verão
(FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014). Se o SAM é mais fraco na primavera, uma maior
quantidade de ozônio é transportada das latitudes médias para o vórtice polar. Há correlação
direta entre a CTO e o SAM no período de inverno, caracterizando relação entre o aumento da
CTO e baixas pressões na superfície Antártica (FOGT et al., 2009). Shaw et al. (2011) aponta
que, quando comparado à períodos pré-industriais, anteriores à existência do buraco na camada
de ozônio antropogênico, a quebra do vórtice polar, caracterizado pela diminuição rápida dos
ventos de oeste na estratosfera polar, é atrasada, ocorrendo no início do verão, o que acarreta
alterações no acoplamento estratosfera-troposfera. Damiani et al. (2020) mostra que há forte e
persistente correlação entre as anomalias de ozônio Antártico em novembro e o SAM durante
o verão e a primavera. Os autores também afirmam que essa é uma consequência do
fortalecimento do vórtice polar pela diminuição da CTO antártica durante a primavera austral,
associado também à sua dissipação adiada e o forte e duradouro acoplamento estratosferatroposfera.
Estima-se que a influência do buraco na camada de ozônio na circulação troposférica
durante o verão no hemisfério sul seja de duas a três vezes maior do que a provocada pelos
gases de efeitos estufa (POLVANI et al., 2011). Thompson et al. (2011) afirma que os gases
de efeito estufa como forçante para a fase positiva do SAM só se tornaram relevantes durante
o século 21.
A recuperação do buraco na camada de ozônio provocaria desaceleração dos ventos de
oeste localizados no lado polar do jato do hemisfério sul durante o verão, incitando uma
tendência de fase negativa do SAM (SHINDELL; SCHMIDT, 2004; SON et al., 2008;
PERLWITZ et al., 2008; SIMPKINS; KARPECHKO, 2012). É esperado que isso venha a
acontecer no decorrer do século 21 (ARBLASTER et al., 2011; THOMPSON et al., 2011), o
que levaria a redução das tendências de fase positiva do SAM, porém as emissões antrópicas
de gases de efeito estufa e aerossóis de sulfato troposféricos ainda atuarão como forçantes desse
efeito (MILLER et al., 2006). Cenários futuros projetados indicam uma diminuição da
influência da CTO polar austral sobre a precipitação no hemisfério sul, efeitos da redução de
sua influência sobre a troposfera do hemisfério sul (DAMIANI et al., 2020).

Damiani et al. (2020) também apresenta evidências de que o SAM e as alterações da
CTO sobre a Antártida podem sofrer variações independentemente uns dos outros através de
ondas planetárias gerados no período de inverno austral e indica até mesmo que as maiores
anomalias de SAM parecem estar ligadas as atividades dessas ondas.

3 DADOS E METODOLOGIA

Nesse estudo foi avaliado o comportamento médio da CTO sobre o Hemisfério Sul
(Figura 19), localizado na área entre o equador e o polo Sul (0°-90°S), abrangendo todas as
longitudes, quando sobre ação dos modos de variabilidade ENOS e SAM. O período de estudo
está compreendido entre 1980 e 2020.

Figura 19 - Hemisfério Sul terrestre em projeção Lambert Azimutal, fronteiras nacionais
adicionadas.

Fonte: Elaborado pelo autor.

Os dados de CTO utilizados nesse estudo foram obtidos através do portal Copernicus,
disponibilizado pelo European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Esses
arquivos representam as concentrações médias de ozônio em 𝑚𝑜𝑙. 𝑚−2 . A área abrangida é
global, com resolução espacial de 1° x 1° (lat/lon) e resolução temporal mensal.
As informações disponíveis nestes arquivos são geradas a partir de sensoriamento
remoto, as quais são submetidas à reanálise utilizando métodos de assimilação, resultando no
produto Multi-sensor reanalysis (MSR) (COPERNICUS, 2021). No total, dados de 15 sensores
acoplados a satélites são manipulados para geração deste produto. Os sensores são: ERS2/GOME, Envisat/SCIAMACHY, Metop-A/GOME-2, Metop-B/GOME-2, Aura/OMI,

NPP/OMPS-NM, Nimbus4/BUV, Nimbus7/TOMS, EP/TOMS, série SBUV e NPP/OMPS.
Detalhes quanto a esses instrumentos estão disponíveis no quadro 2.

Quadro 2 - Informações dos sensores utilizados no Multi-sensor reanalysis (MSR).
Satélite

Sensor

ERS-2

GOME

Envisat

Metop-A

SCIAMACHY

GOME-2

Metop-B
Aura
NPP

OMI
OMPS-NM

Nimbus4

BUV

Nimbus7
TOMS
EP

Período
de
atuação
19952011
20022012
200620122004201119701980
19791993
1996 2002

Tipo de
Sensor

Faixa
Espectral
(nm)

Resolução Espacial

Nadir

237 - 793

320 km x 40 km

Nadir /
Limb e
occultation

240 2400

32 km x 215 km
3 km x 135 km

Nadir

240 - 790

Nadir
Nadir

270 - 500
300 - 380

Trilha de 1920km:
80km x 40 km
Trilha de 960km:
40km x 40 km
13 km x 24 km
50 km x 50 km

Nadir

250 - 340

220 km²

Nadir

312 - 380

50 km x 50 km

Nimbus-7,
NOAA-911-14-1617-18-19

SBUV

1985-

Nadir

250 - 340

170 km x 170 km

NPP

OMPS

2012-

Nadir

300 - 380

50 km x 50 km

Fonte: Elaborado pelo autor a partir de Copernicus (2019).WMO (2021) e ESA (2021).

Nesse estudo será utilizada a segunda versão do MSR, o MSR-II, na qual foi aprimorada
a resolução, velocidade de processamento e corrigidas falhas no cálculo do algoritmo anterior.
O produto gerado possui nível de processamento L4, ou seja, são gerados a partir de dados dos
sensores remotos após a assimilação em um modelo de transporte químico tridimensional. O
nível de incerteza é menor que 1% (VAN DER A et al., 2015).
O método em que os sensores obtêm os dados de CTO são diversos e se baseiam
diferentes técnicas fundamentadas na análise da absorção dos comprimentos de onda
eletromagnética UV, visível, infravermelho e micro-ondas pelo ozônio. A concentração de
ozônio é deduzida através da avaliação do total de luz solar ou da radiação térmica emitida pela
Terra que é absorvida por este gás. Maiores detalhes quanto aos métodos de geração dos dados

podem

ser

consultados

portal

Copernicus

(https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/satellite-ozone-v1?tab=overview).
Os dados adquiridos para este estudo foram manipulados para obter campos médios
climatológicos em resolução mensal e trimestral (DJF, MAM, JJA, SON) para toda a área do
HS. Foram geradas médias dos valores contidos dentro da área da grade de dados
correspondente ao retângulo o qual tem como largura todas as faixas de longitude (180°E180°W) e como altura o intervalo de faixa de latitude estabelecido para o estudo. As faixas
estabelecidas para análise nesse estudo são 90°S-60°S, 60°S-30°S e 30°S-0°. Para visualização
dos campos trimestrais climatológicos, figuras da área do HS, em projeção Lambert Azimutal,
sobrepostas pelos resultados obtidos foram produzidas.
Para analisar a ação dos modos de variabilidade ENOS e SAM na CTO é necessário
primeiramente identificar os períodos de ocorrência de suas fases. O índice Oceanic Niño Index
(ONI) foi utilizado para identificação de períodos com ocorrência ou não de eventos ENOS
dentro do intervalo de tempo estudado. Esse é um dos principais índices usados para monitorar
o ENOS e foi escolhido para uso neste estudo. Para obtenção de seus valores, são realizados
cálculos utilizando a média das anomalias da TSM de uma área do centro-leste equatorial do
Oceano Pacífico, localizada entre as latitudes 5°S e 5°N, e as longitudes 170°W - 120°W,
fundamentado na mudança do período base que consiste em múltiplos centros de períodos de
30 anos. Também é gerada uma média trimestral, calculada para melhor isolar a variabilidade
relacionada aoENOS (NOAA, 2017). Os dados do ONI utilizado nesse estudo estão
disponibilizados

https://origin.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI_v5.php

pela

NOAA (YAN et al., 2018) e são cedidos em resolução temporal trimestral, porém, com
atualizações mensais.
O índice Antarctic Oscillation (AAO) foi aplicado para identificação das fases atuantes
do modo de variabilidade SAM ao longo do período abordado pelo estudo. O AAO é fornecido
pela

NOAA

está

disponível

https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/aao/aao.shtml,

em
com

resolução temporal mensal (REBOITA; AMBRIZZI, 2006). Para produzir os valores do índice
são utilizadas análises de EOF nas anomalias mensais de altura geopotencial em 700 hPa a
partir da latitude de 20°S em direção aos polos.. Há remoção do ciclo sazonal no campo de
altura média mensal e há utilização da matriz de covariância para a análise de EOF. É aplicada
a técnica de ponderação dos dados de grade pela raiz quadrada do cosseno de latitude para

garantir uma ponderação de área igual para a matriz de covariância (SOUZA; REBOITA,
2021).
Cada campo mensal de CTO da série obtida para esse estudo foi associado ao
correspondente valor do índice trimestral ONI, levando em consideração o mês central, e do
índice mensal AAO. Utilizando o índice ONI, são realizadas médias mensais entre os campos
mensais com índices: maiores que 0,5, correspondente aos meses de El Niño; e menores que 0,5, meses de La Niña. Aqueles meses entre -0,5 e 0,5 não apresentam ocorrência de ENOS
(fase neutra). Para o índice AAO, foram geradas médias dos campos ligados a índices de valor
positivo (negativo), os quais indicam ação da fase positiva (negativa) do SAM.
Cada campo médio gerado ao fim desse processo foi analisado por faixa de latitude,
gerando médias de cada faixa de latitude estabelecida para o estudo. Essa área para qual a média
é realizada é definida como o retângulo o qual tem como largura todas as faixas de longitude
(180°E-180°W) e como altura o intervalo de faixa de latitude.
Análises de anomalias foram produzidas para cada campo médio produzido utilizando
os meses sob ação de algum dos modos de variabilidade estudados, afim de avaliar o impacto
desses modos na CTO. São subtraídos os campos obtidos dos campos mensais climatológicos.
Campos trimestrais de anomalias foram gerados a partir de campos mensais e para visualização
destes foram geradas figuras da área do HS. Cada campo de anomalia, mensal e trimestral, foi
analisado por faixa de latitude, através da geração de médias dos valores de anomalias e
confeccionados gráficos de linhas, os quais auxiliaram simplificando a visualização do
comportamento das anomalias ao longo do ano.
Consoante às figuras de Lima et al. (2020a e 2020b) (Figura 20), para as figuras com
representações dos valores de anomalia gerados neste estudo, tons de vermelho serão
associados às anomalias de sinal positivo, as quais implicam aumento nos valores médios da
CTO. Tons de azul serão relacionados às anomalias de sinal negativo, as quais expressam
diminuição das concentrações médias de ozônio. Interpolações serão realizadas para as figuras
da área do HS com intuito de aprimorar a visualização dos resultados.
A análise EOF, conhecida na estatística como análise de componentes principais (ACP),
é amplamente utilizada em estudos nas áreas de meteorologia e climatologia para identificar
padrões espaciais nos campos de dados estudados. Essa técnica reduz o número de variáveis do
conjunto de dados, facilitando sua investigação (WILKS, 2006). As EOFs não são baseadas em
princípios físicos, seu princípio é dividir um campo de dados em “modos” matematicamente
ortogonais (independentes) que podem ser interpretados como padrões atmosféricos ou
oceanográficos. O resultado dessa análise geralmente nos fornece dois resultados, autovetores

e autovalores. Os autovetores dão uma percepção espacial do padrão obtido enquanto os
autovalores fornecem uma medida da variância percentual explicada por cada modo (NCAR,
2013).

Figura 20 - Anomalia média da CTO sobre o Nordeste Brasileiro durante a atuação de El Niño
nos meses de dezembro a fevereiro (DJF) (a) e de junho a agosto (JJA) (b) (Lima et al., 2021a).
Mesma análise para La Niña (c) (d).

DJF (a)

JJA (b)

DJF (c)

JJA (d)

Fonte: Lima et al., 2021b

Nesse estudo foram geradas EOFs com séries climatológicas e para períodos com ação
de modos de variabilidade. O objetivo é identificar os padrões dominantes de variabilidade da
CTO para toda série de dados obtidos (climatologia) e para períodos com ação de ENOS e
SAM. Para as climatológicas, foram executadas as análises com todos os meses contidos dentro
de cada trimestre (DJF, MAM, JJA e SON) da série de dados obtidas para o estudo. Para as
com ação dos modos de variabilidade foram executadas as análises com todos os meses contidos
dentro de cada trimestre (DJF, MAM, JJA e SON) nos quais havia ação de alguma fase do
ENOS ou do SAM. Para identificar quais meses estavam sob ação dessas fases os índices ONI
e AAO foram aplicados da mesma maneira que quando para obtenção das anomalias, processo
explicado anteriormente.
A maior parte da variância dos dados está representada nos primeiros modos e segundo
North et al. (1982) o primeiro e o segundo modo são estatisticamente independentes. Por isso,
apenas os dois primeiros modos das EOFs foram utilizados nesse estudo pois o objetivo é
avaliar os padrões com maior impacto na CTO do HS, além de que a utilização de três ou mais
modos estenderia demasiadamente o estudo, trazendo resultados pouco proveitosos para a
proposta aqui apresentada.

Quando os autovalores são positivos (negativos), autovetores positivos representam
acréscimo (decréscimo) da CTO e negativos, decréscimo (acréscimo).

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Análises climatológicas da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul

4.1.1 Análise de médias trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul

A partir dos dados mensais de CTO, em unidades Dobson, adquiridos para o estudo,
abrangendo o período entre 1980 e 2020, foram obtidas médias climatológicas trimestrais para
toda área do hemisfério sul. Os resultados estão ilustrados na figura 21 para o trimestre
dezembro, janeiro e fevereiro (DJF - quadro A); março, abril e maio (MAM - quadro B); junho,
julho e agosto (JJA - quadro C); e setembro, outubro e novembro (SON - quadro D).
Os resultados obtidos concordam com estudos anteriores, como Seinfeld e Pandis
(2006) e Fahey e Hegglin (2010). A figura 21a representa os meses de verão no hemisfério Sul,
os valores de CTO próximos à região equatorial são os menores registrados entre os quatro
trimestres e crescem à medida que nos aproximamos do polo sul. Isso ocorre por que, mesmo
as baixas latitudes sendo as maiores produtoras de ozônio, o transporte de massas de ar ricas
em O3 de baixas para médias e altas latitudes pela circulação Brewer-Dobson reduz as
concentrações nessa faixa (NASA, 2006).
Em todos os trimestres, entre 40°S e 60°S, é possível constatar concentrações de ozônio
aumentadas na região próxima ao sul da Australia, formando um padrão similar ao formato de
um “croissant” (HITCHMAN et al., 2008). Essa assimetria na distribuição zonal do ozônio é
amplificada no trimestre SON (figura 21d), quando há ação do vórtice polar configurando o
buraco da camada de ozônio. O padrão “croissant” situa-se imediatamente ao sul do Jato
Subtropical Ocidental Australiano, onde o transporte de ozônio em direção aos polos e para
camadas mais baixas da atmosfera por ondas sinóticas é mais intenso (HITCHMAN et al.,
2010).
No trimestre DJF (figura 21a), a média de CTO para toda área da faixa de latitude entre
0 e 30°S é 258,9UD, para faixa de 30°S a 60°S, 290,3UD, e entre 60°S e 90°S, 285,0UD.
Em MAM (figura 21b) é apresentado padrão de distribuição de ozônio similar a DJF
(figura 21a), porém, para todas as faixas de latitude as concentrações de ozônio diminuem
quando comparadas ao trimestre inicial analisado. Os valores médios de CTO por faixa de

latitude em MAM são: 255,7UD, de 0 a 30°S; 283,4UD, de 30°S a 60°S; 274,3UD, de 60°S a
90°S.

Figura 21 - Análise climatológica trimestral da CTO sobre o hemisfério sul representada em
projeção polar. Valores em unidades Dobson (UD).

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.
Nos meses de JJA (figura 21c), o bloqueio do transporte de ozônio de baixas latitudes
para maiores latitudes pelo vórtice polar sul provoca acumulo de O3 em médias latitudes, ao
redor do continente Antártico (SCHOEBERL et al., 1992; DESSLER, 2000). Na faixa de 30°S
a 60°S, que contém a região de acumulo, os valores atingem média de 317,1UD. Comparado a
MAM (figura 21b), há também aumento nas concentrações de ozônio em baixas latitudes

devido ao transporte impedido, porém, esse aumento não é tão expressivo quanto ao que ocorre
em latitudes médias. A faixa de 0 a 30°S apresenta valor médio de 262,5UD. A faixa de 60°S
a 90°S apresenta valor médio de 274,3UD, valor similar ao verificado para MAM.
Durante SON (figura 21d) o buraco da camada de ozônio está estabelecido na atmosfera
do polo Sul (SOLOMON et al., 2007). Os valores médios de CTO em seu interior são os
menores registrados entre todos os trimestres. A faixa de 60°S a 90°S apresenta valor médio de
238,0UD. Em contraste, o acúmulo de ozônio em medias latitudes atinge os maiores valores
médios entre todos os trimestres, a faixa de 30°S a 60°S apresenta valor médio de 332,5UD. Há
uma pequena redução dos valores médios da faixa de 0 a 30°S, apresentando 274,0UD.
No fim da primavera o vórtice se desfaz e em seguida o ozônio acumulado em médias
latitudes migra para maiores latitudes durante o DJF e MAM, permitindo uma distribuição mais
homogênea desse gás (WAKAMATSU et al., 1989; BOWMAN, 1990). A média climatológica
para toda área do hemisfério sul, entre todos os trimestres, é de 278,8UD. As médias mensais
climatológicas de CTO por faixa de latitude foram obtidas e os resultados estão expostos no
gráfico de linhas da figura 22.

Figura 22 - Média climatológica mensal da CTO para os intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S
a 60°S, e 60°S a 90°S.

Fonte: Elaborado pelo autor.
Analisando os dados da figura 22 percebemos que nos primeiros meses do ano, entre
janeiro e abril, os valores da CTO não sofrem grandes mudanças nas três faixas de latitude. Para
a faixa de 0 a 30°S os valores médios variam entre 255,9UD (fevereiro) e 257,6UD (janeiro),
um intervalo de 1,7UD. Para a faixa de 30°S a 60°S, variação entre 277,5UD (março), que
também é o menor valor entre todos os meses, e 288,9UD (janeiro), um intervalo de 11,4UD.

Peres et al. (2017), utilizando um espectrometro Brewer na latitude 29,26ºS e longitude
53,48°O, mostrou que os menores valores da CTO são registrados em abril (260UD) e os
maiores em setembro (295UD). Para a faixa de 60°S a 90°S, variação entre 273,6UD (abril) e
285,1UD (janeiro), intervalo de 11,5UD.
Como esperado, podemos observar que, apesar das baixas latitudes produzirem mais
ozônio que outras regiões do globo, como resultado do transporte de massas de ar ricas em O3
de baixas para médias e altas latitudes pela circulação Brewer-Dobson, essa região apresenta
os menores valores médios de CTO durante todo ano, exceto nos meses de agosto a novembro
quando o buraco da camada de ozônio torna os valores da faixa de 60°S a 90°S ainda menores
(NASA, 2006).
A partir de março é notável um aumento nos valores médios para a faixa de 30°S a 60°S,
que também é aquela que sofre a maior variação, indo de 291,8UD, em maio, para 338,1UD,
em outubro, seu valor médio mensal máximo entre todos os meses. A faixa de 0 a 30°S também
observa esse aumento, no entanto, a partir de maio, indo de 255,8UD, nesse mesmo mês, para
seu valor máximo, em outubro (276,2UD).
Essa crescente nos valores médios da faixa de 60°S a 90°S também é observado a partir
de abril (273,7UD), entretanto, essa tendência é interrompida bruscamente em agosto, quando
os valores começam a diminuir até atingir o menor valor mensal, 222,2UD, em setembro. Uma
consequência do buraco na camada de ozônio (DESLER, 2000).
De agosto a novembro os valores médios da CTO para a faixa de 60°S a 90°S são os
menores entre todas as faixas. É também nestes mesmos meses que as faixas de latitude de 0 a
30°S e de 30°S a 60°S atingem seus valores máximos, consequência do bloqueio no transporte
de ozônio gerado pelo vórtice polar sul impedindo a distribuição de ozônio para altas latitudes
(BOWMAN, 1993; NASH et al., 1996).

4.1.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da CTO sobre o hemisfério Sul

Nessa etapa foram calculadas as EOFs utilizando todos os meses de 1980 a 2020. A
análise foi aplicada aos conjuntos de meses pertencentes a cada trimestre (DJF, MAM, JJA e
SON), totalizando 123 meses em cada conjunto. Por exemplo, em DJF temos 41 dezembros,
janeiros e fevereiros. São analisados nesse estudo apenas os dois primeiros modos da EOF.
A análise para DJF está exposta na figura 23. O resultado dos autovetores da EOF1
(figura 23, painel superior, esquerda), que representa 48,0% da variância, mostra um acréscimo
dos valores de CTO nos arredores do continente Antártico, principalmente em médias latitudes,

no trimestre DJF. O EOF2 (figura 23, painel superior, direita), com 12,2% da variância, mostra
acréscimo de CTO sob a faixa equatorial. Os resultados de acréscimo de ambos EOFs podem
estar ligados ao aumento do total de radiação ultravioleta que incide sobre esse hemisfério, pois
esses são os meses de verão no hemisfério sul, aumentando a produção de ozônio (ANGELL;
KORSHOVER, 1964; CICERONE, 1987).

Figura 23 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF de 1980
a 2020. Autovetores exibidos no painel (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo
representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Em EOF1, os padrões na região de médias e altas latitudes podem ser também resultado
da variação das concentrações de ozônio pelo SAM, o primeiro modo atuando na atmosfera
extratropical (THOMPSON et al., 2011; FOGT; MARSHALL, 2020). Quando o SAM está em
fase positiva (negativa) há decréscimo (acréscimo) na CTO dos extratrópicos (THOMPSON;

WALLACE, 2000), portanto deduz-se que autovalores positivos (negativos) em EOF1
indicariam fase negativa (positiva) do SAM.
Nos autovalores é perceptível uma diminuição gradual dos valores de EOF1. Não é
possível constatar uma tendencia sem um estudo voltado a esse objetivo, podemos apenas
deduzir possíveis explicações para essa mudança nos padrões atmosféricos, a qual
aparentemente está ligada às alterações climáticas ocorridas dentro do período estudado
(GARCIA; RANDEL, 2008).
Os autovetores de EOF2 apresentam valores acentuados na região equatorial, essa
variabilidade deve estar ligada a CDB que tem sua região de maiores movimentos verticais mais
deslocada para sul nesse trimestre (SEVIOUR et al., 2012). Os autovalores mostram
variabilidade interanual que pode estar ligada a influência de modos de variabilidade, como o
ENOS (CALVO et al., 2010; DOMEISEN et al., 2019), na intensidade da CBD.
A análise de EOF1 e EOF2 para MAM está exposta na figura 24. Os autovetores de
ambos EOFs (figura 24, painel superior) apresentam padrões similares: valores negativos sobre
médias latitudes e positivos em menores latitudes. A diferença entre ambos é que EOF1 não
possui efeitos em baixas latitudes, tendo sua maior variância contida as altas latitudes. EOF2
(figura 24, painel superior, direita) exibe valores positivos bem evidentes na figura ao longo de
toda faixa equatorial e sobre o continente antártico, não visíveis no gráfico da EOF1 (figura 24,
painel superior, esquerda).
A lógica discussão para a relação acréscimo/decréscimo de ozônio é a mesma aplicada
na análise de DJF. Os valores negativos em médias latitudes para ambas EOFs podem estar
ligados a diminuição nas concentrações da CTO sobre essa faixa durante esse trimestre,
resultado do fim do vórtice polar sul que permite o transporte de ozônio dessa faixa para maiores
latitudes (NORTH et al., 2015). Em EOF2, valores positivos ao longo da faixa equatorial podem
estar ligados da variabilidade provocada pela ação da CBD (WMO, 2014). Uma possível
explicação do comportamento dos autovalores de ambas EOFs ao longo do período estudado é
que o transporte meridional de ozônio e o comportamento do vórtice polar sul sofreram
alterações nesse período devido as mudanças climáticas (SCREEN et al., 2018; FU et al., 2019).
O EOF1 de JJA (figura 25, painel superior esquerdo) explica 51,3% da variação da CTO.
Em altas latitudes há aumento dos valores, em médias latitudes, diminuição. A configuração
apresentada é bastante semelhante a observada para o SAM. Ainda corroborando com a
hipótese, os valores dos autovalores mostram um comportamento similar ao observado em DJF
indicando um aumento na frequência da fase positiva, o que ocorreu dentro do período de estudo
(THOMPSON et al., 2011).

Figura 24 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM de 1980
a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

EOF2 (figura 25, painel superior, direita), representando 11,9% da variância, mostra,
aparentemente, o padrão de distribuição de ozônio provocado pelo transporte meridional
esperado para esse período do ano. A CBD transporta ozônio de baixas latitudes para maiores
latitudes, no entanto, com o início da formação do vórtice polar sul, o gás fica acumulado em
médias latitudes (DOBSON, 1968; ANDRÉ, 2003). Por isso, temos valores negativos nas
regiões mais próximas ao equador e valores positivos em médias latitudes. Os autovalores
mostram variações interanuais esperadas, esse transporte sofre influência de diversos modos de
variabilidade, como o ENOS (CAGNAZZO et al., 2009). Sobre a mudança de valores nos
autovalores valem as mesmas observações obtidas para a análise da EOF1 da Figura 23.

Figura 25 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA de 1980
a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Para SON (figura 26) o EOF1 representa 40,3% da variância da CTO. Os autovetores
(figura 26, painel superior, esquerda) mostram valores negativos bastante significativos em
altas latitudes.
É nessa região onde ocorre o vórtice polar sul, que nesse trimestre está bastante intenso
e, como consequência, também ocorre o máximo do buraco da camada de ozônio, resultado da
depleção de ozônio por CFCs aprisionados dentro do vórtice (SOLOMON et al., 2016). Nas
latitudes restantes há aumento das concentrações da CTO, resultado do acumulo devido ao
impedimento do transporte de ozônio para maiores latitudes pelo próprio vórtice polar

(DESLER, 2000). Os autovalores (figura 26, painel inferior) mostram que os valores são
predominantemente positivos na primeira metade dos meses analisados. Isso concorda com
estudos prévios que indicam aumento nos valores da CTO dentro do buraco da camada de
ozônio nas duas últimas décadas, consequência de medidas contra a emissão de CFCs na
atmosfera (MOHR, 2021). São validas as mesmas observações deixadas para a EOF1 da Figura
23.

Figura 26 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON de 1980
a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade de tempo representa
um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

O EOF2 representa 17,3% da variação da CTO. Os autovetores (figura 26, painel
superior direito) mostram acréscimo da CTO na região do “croissant”, localizado em médias

e altas latitudes. Há decrescimento sobre uma pequena região de oceano entre o continente
antártico e o sul americano. Cordero et al. (2022) observa que como consequência dessa
redução há uma persistência na irradiância de energia ultravioleta persistente sobre a península
Antártica apesar do início da recuperação do ozônio nas ultimas décadas. Estudos
climatológicos mostram que nessas latitudes há acumulo de ozônio transportado pela CBD,
impedido de adentrar maiores latitudes pelo vórtice polar sul, com maiores concentrações na
região do “croissant”. Esse padrão de “croissant” surge, pois, há um transporte de ozônio em
direção aos polos e para camadas mais baixas da atmosfera por ondas sinóticas (LI et al.,
2021). Os autovalores apresentam variações interanuais, mas há diminuição nesses números
nos últimos anos do período de estudo. Isso pode indicar uma diminuição no transporte
meridional, principalmente naquele que dá origem ao “croissant” de ozônio, alterações que
podem estar ligadas a mudanças atmosféricas de origens antropogênicas que modificam
padrões de circulação globais (LI et al., 2021).

4.2 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo
de variabilidade El Niño

4.2.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul - Médias e
Anomalias

Os valores médios de CTO sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade ENOS em fase El Niño estão representados na figura 27. As figuras foram obtidas
realizando médias apenas para os meses em que há ocorrência da fase quente do modo, de
acordo com o índice ONI.
Para os quatro trimestres, os padrões de distribuição do ozônio são similares a aqueles
encontrados nas médias climatológicas, porém, com valores ligeiramente diferentes. Na faixa
de 0 a 30°S os valores médios mensais variam entre 254,0UD (maio), valor mínimo, e 275,4UD
(outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF (257,9UD); MAM
(254,8UD); JJA (261,2UD) e SON (273,1UD). A média entre os quatro trimestres é 261,7UD.
Para a faixa de 30°S a 60°S os valores médios mensais variam entre 279,0UD (março),
valor mínimo, e 337,8UD (outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(291,8UD); MAM (285,2UD); JJA (315,7UD); e SON (331,6UD). A média entre os quatro
trimestres é 306,0UD.

No intervalo de 60°S a 90°S os valores médios mensais variam entre 219,9UD
(outubro), valor mínimo, e 298,2UD (dezembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais
são: DJF (287,1UD); MAM (273,6UD); JJA (276,3UD) e SON (237,0UD). A média entre os
quatro trimestres é 268,5UD. A média para toda área do hemisfério sul, entre todos os
trimestres, é de 278,8UD.
O “croissant” de ozônio, bem evidente nos trimestres JJA (figura 27c) e SON (figura
27d), apresenta forma mais alongada ao redor do continente Antártico. Hitchman et al. (2008)
explica que isso ocorre pois durante eventos El Niño o vórtice polar é enfraquecido e mais
centrado sobre a região polar, isso faz com que o ozônio de latitudes médias seja distribuído
como um anel ao redor do continente Antártico.

Figura 27 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul quando há
ação de El Niño, representada em projeção polar. Valores em unidades Dobson (UD).

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

A análise de anomalias na figura 28 permite um detalhamento mais aprofundado no
estudo das alterações provocadas pela ação da fase quente do modo de variabilidade ENOS.
Em DJF (figura 28a) e MAM (figura 28b) são observadas anomalias negativas em
baixas latitudes e positivas em medias e altas latitudes. MAM se diferencia de DJF por
apresentar anomalias negativas também sobre a região Antártica e sobre a região do “croissant”.
Essas configurações podem ser resultado das mudanças na circulação atmosférica provocadas
pelos El Niños. Esse modo acelera a CBD aumentando o transporte de ozônio de baixas
latitudes para maiores latitudes (WAUGH; HALL, 2002; BUTCHART, 2014).

Figura 28 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há ação de
El Niño, representada em projeção polar.

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

Durante JJA (figura 28c) e SON (figura 28d) o cenário muda, anomalia positivas
predominam a região próxima à linha do equador, entre 0 e 10°S. Em latitudes maiores que
10°S há anomalias negativas e anomalias positivas voltam a surgir apenas em latitudes polares
e médias, no lado oposto ao “croissant”.
Pelo vórtice ser mais fraco e contido sobre a região polar, durante El Niño as grandes
concentrações de ozônio climatologicamente contidas no “croissant” de ozônio se distribuem
ao redor do vórtice como um anel (HITCHMAN et al., 2008). Em JJA (figura 28c) e SON
(figura 28d) isso explicaria as anomalias negativas na região onde o “croissant” é mais
concentrado, e as anomalias positivas nas longitudes onde o “croissant” tem os menores valores.
Também durante El Niños há menos NEPs dentro do vórtice polar sul e temperaturas mais
quentes acima de 16km (HU et al., 2017), isso explica as anomalias positivas sobre o continente
Antártico pois, com a redução dessas nuvens, menos moléculas de O3 podem ser desfeitas.
A figura 29 exibe a variação média mensal das anomalias de CTO por faixas de latitude.

Figura 29 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação de El Niño nos intervalos de
latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.

Fonte: Elaborado pelo autor.
Na faixa de 0 a 30°S há anomalias médias negativas para todos os meses do ano, uma
possível consequência do transporte de ozônio pela CBD (WMO, 2014). Os valores variam
entre -1,5 (junho) e -0,5 (novembro). Os valores médios para os trimestres são: DJF (-1,0);
MAM (-1,0); JJA (-1,3) e SON (-0,9). A média entre todos os meses é -1,0.
Entre 30°S e 60°S as anomalias médias são positivas de dezembro a junho, atingindo
valor positivo máximo em fevereiro (+2,2). Os valores tornam-se negativos nos meses restantes,
com valor mínimo em agosto (-3,0). Os valores médios para os trimestres são: DJF (+1,4);

MAM (1,6); JJA (-1,4) e SON (-0,9). A média entre todos os meses é +0,2, um valor pequeno
pois os valores médios mensais positivos e negativos se contrabalançam.
Na faixa de 60°S a 90°S os valores médios são positivos de dezembro a março e de julho
a setembro. O valor máximo ocorre em dezembro (+4,0) e o valor mínimo em outubro (-3,0).
Os valores médios para os trimestres são: DJF (+2,1); MAM (-0,7); JJA (+1,0) e SON (-1,0).
A média para todos os meses é +0,4. Assim como para a faixa de 30°S e 60°S, o resultado é um
valor pequeno pois os valores médios mensais positivos e negativos se contrabalançam.
Analisando a figura 29 nota-se que quando os valores médios mensais na faixa de 30°S
a 60°S começam a diminuir, os valores da faixa de 60°S a 90°S começam a aumentar. É nesse
período quando há o surgimento do vórtice polar sul enfraquecido e reduzido em tamanho pela
ocorrência da fase quente do El Niño, permitindo que parte do ozônio, que ficaria contido em
médias latitudes por conta do bloqueio, migre para altas latitudes. Além disso a depleção de
ozônio é reduzida pela menor quantidade de NEPs e maiores temperaturas dentro do vórtice
(HU et al., 2017).

4.2.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da CTO sobre o hemisfério Sul
quando há ação do modo de variabilidade El Niño

Para essa sessão, quando os autovetores são positivos (negativos) e os autovalores
também são positivos, há aumento (diminuição) nos valores da CTO. O oposto é valido. A
análise foi aplicada aos conjuntos de meses pertencentes a cada trimestre (DJF, MAM, JJA e
SON), e que estão dentro do período de 41 anos (1980 a 2020) que abrange o estudo, em que
havia ação de El Niño. São analisados nesse estudo apenas os dois primeiros modos.
A análise para DJF está exposta na figura 30. O padrão observado em EOF1 (figura 30,
painel superior, esquerda), que explica 49,7% da variância, apresenta padrão similar ao
observado na EOF1 climatológica (figura 23), porém, com valores positivos ligeiramente
maiores. No entanto, o EOF2 (figura 30, painel superior, esquerda), representando 13,9% da
variância, possui padrão de autovetores muito diferentes da EOF2 climatológica. Valores
negativos se distribuem próximos a linha equatorial e em médias latitudes.
Podemos entender que o primeiro modo tem a mesma origem que a encontrada para a
análise climatológica (figura 23, painel superior), porém, os efeitos são intensificados quando
há ação da fase quente do ENOS. O segundo modo, por possuir uma configuração bem
diferente, possui uma origem diferente do EOF2 climatológico que deve estar ligada às
alterações atmosféricas promovidas pelo El Niño. O comportamento dos autovalores em EOF1

mostram variações entre positivos e negativos porem ao longo da série diminui seus valores
gradualmente até se tornar predominantemente negativos.

Figura 30 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF com ação
de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade
de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Foi proposto na análise da EOF1 da figura 23 que esse padrão pode ser característico do
SAM, sendo assim os autovalores se comportam consoante o esperado, indicando aumento na
frequência da fase positiva do SAM dentro do período estudado, como indicam os estudos
(FOGT; MARSHALL, 2020). Os autovalores de EOF2, com origem associada ao ENOS,
apresenta variação entre positivos e negativos ao longo dos anos, indicando que o padrão de
autovetores negativos observada em EOF nem sempre ocorre quando o El Niño atua, pois, a

atmosfera também sofre interferência de outras variáveis as quais podem causar essa
desconfiguração.
No trimestre MAM (figura 31) os padrões apresentados em ambas EOFs são
semelhantes a aqueles obtidos na análise climatológica (figura 24), porem os valores
apresentam algumas discrepâncias.

Figura 31 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM com
ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Nos autovetores de EOF1 (figura 31, painel superior, esquerda) (37,5% da variância) os
valores positivos sobre o Atlântico Sul e os valores negativos em médias latitudes são
aumentados. No EOF2 (figura 31, painel superior, direita), os valores positivos próximos a faixa

equatorial se intensificam enquanto os valores negativos em médias latitudes enfraquecem. É
possível concluir que os dois primeiros modos permanecem com as mesmas origens
encontradas para as EOFs climatológicas (figura 24), porém, o efeito da ação desses modos na
CTO é intensificado pelo El Niño. O primeiro modo, padrão do SAM, apresenta acentuação em
suas configurações, ou seja, o El Niño pode intensificar a atuação desse modo de variabilidade.
Dätwyler et al. (2020) mostra que há uma correlação negativas entre os índices de ENOS e do
SAM. No segundo modo, padrão de transporte da CBD, podemos supor um aumento no
transporte vertical ascendente acentuado na faixa tropical durante a ação de El Niño (DIALLO
et al., 2019). Para os autovalores de EOF1 e EOF2 valem as mesmas observações obtidas para
a análise da EOF1 da Figura 23.
Os padrões dos autovetores para JJA (figura 32, painel superior) são similares aos
obtidos para a análise da climatologia (figura 25) com algumas diferenças nos valores.

Figura 32 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA com ação
de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade
de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Valores negativos em médias latitudes e positivos nas altas latitudes são
desintensificados em EOF1 (figura 32, painel superior, esquerda) (50,6% da variância). Esse
padrão foi anteriormente associado ao modo de variabilidade SAM (ver análise da figura 25),
portanto, deduzimos que o El Niño arrefece os efeitos do SAM sobre a CTO.
Na EOF2 (figura 32, painel superior, direita) (16,4% da variância) os valores negativos
próximos a faixa equatorial diminuem enquanto os valores positivos em médias latitudes
aumentam. Esse padrão está de acordo com o observado em alguns estudos (WAUGH; HALL,
2002; BUTCHART, 2014), onde é observado que a aceleração da CBD durante eventos El Niño
transporta mais ozônio de baixas para maiores latitudes. Há também alterações nas altas
latitudes, valores positivos se afastam do continente Antártico e são substituídos por valores
negativos, indicando influência do modo para diminuição dos valores da CTO nessa região.
A análise de EOF1 e EOF2 para SON está exposta na figura 33.
Figura 33 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON com
ação de El Niño entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Os autovetores de EOF1 (figura 33, painel superior, esquerda) (39,6% da variância) são
muito similares aos obtidos para a análise climatológica (figura 26), diferenciando-se apenas
por uma pequena diminuição dos valores positivos encontrados sobre as médias e baixas
latitudes. Durante El Niño o vórtice polar é mais fraco (LIM et al., 2018), assim o bloqueio que
impede o ozônio de baixas latitudes adentrar para maiores latitudes é menos resistente,
permitindo que essas massas de ar apresentem deslocamento, menos que muito reduzido. Isso
diminuiria as concentrações de O3 em baixas e médias latitudes.
É em EOF2 (figura 33, painel superior, direita) (17,3% da variância) que há a mudança
mais expressiva, os máximos valores positivos em médias latitudes se deslocam mais para
oeste. Os valores negativos encontrados sobre o oceano entre o continente Antártico e o sul
Americano na análise climatológica não estão mais presentes. Como afirmado por Hitchman et
al. (2008), durante o El Niño o ozônio da região do “croissant” se distribui melhor zonalmente
pois o vórtice polar é mais fraco e mais contido em maiores latitudes, o que explica os valores
positivos mais acentuados e distribuídos nos autovetores de EOF2 e a ausência da pequena
região de valores negativos quando comparado ao observado na análise climatológica (figura
26). Para os autovalores de EOF1 e EOF2 valem as mesmas observações obtidas para a análise
da EOF1 da Figura 23.

4.3 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo
de variabilidade La Niña

4.3.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul - Médias e
Anomalias

Os valores médios de CTO sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade ENOS em fase La Niña estão representados na figura 34. As figuras foram obtidas
realizando médias apenas entre os meses em que há ocorrência da fase fria do modo ENOS, de
acordo com o índice ONI.
Na faixa de 0 a 30°S os valores médios mensais variam entre 256,1UD (fevereiro), valor
mínimo, e 277,8UD (outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(259,5UD); MAM (258,5UD); JJA (264,2UD) e SON (275,3UD). A média entre os quatro
trimestres é 264,4UD.
Para a faixa de 30°S a 60°S os valores médios mensais variam entre 276,7UD (março),
valor mínimo, e 338,9UD (outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF

(288,4UD); MAM (282,2UD); JJA (315,4UD) e SON (332,8UD). A média entre os quatro
trimestres é 304,7UD.

Figura 34 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul quando há
ação de La Niña, representada em projeção polar. Valores em unidades Dobson (UD).

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

No intervalo de 60°S a 90°S os valores médios mensais variam entre 222,9UD
(setembro), valor mínimo, e 294,1UD (dezembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais
são: DJF (281,0UD); MAM (273,3UD); JJA (271,1UD) e SON (232,2UD). A média entre os
quatro trimestres é 264,4UD.
Nos trimestres JJA (figura 34c) e SON (figura 34d), em médias e altas latitudes, é
possível observar o padrão de “croissant” bem definido, maior acumulo de O3 em médias
latitudes e maior depleção pelo buraco na camada de ozônio. Isso ocorre pois durante La Niña
o vórtice polar é mais intenso e estendido para maiores latitudes, impedindo o espalhamento

zonal do gás. Também há menores temperaturas e maior presença de NEPs no interior do
vórtice polar, aumentando a depleção de ozônio (HU et al., 2017).
A média para toda área do hemisfério sul, entre todos os trimestres, é de 277,8UD. A
análise de anomalias na figura 35 permite um detalhamento mais aprofundado no estudo das
alterações provocadas pela ação da fase fria do modo de variabilidade ENOS. Verifica-se que
em todos os trimestres anomalias positivas predominam a faixa de latitude de 0 a 30°S,
enquanto negativas predominam médias e altas latitudes. Essas configurações estão de acordo
com as alterações na CBD provocadas pela fase fria do ENOS.

Figura 35 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há ação de
La Niña, representada em projeção polar.

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

O La Niña arrefece a CBD, diminuindo o transporte de ozônio de baixas latitudes para
maiores latitudes, por isso temos valores positivos tão bem configurados em latitudes tropicais
e valores negativos em médias e altas latitudes (RAO et al., 2019). Uma pequena região de
valores anômalos surge sobre a região da península Antártica em DJF (figura 35a) e persiste
até JJA (figura 35c), anomalias de ozônio sobre essa região já foram observadas por Cordero et
al. (2022).
Em DJF (figura 35a) os maiores valores de anomalias positivas ocorrem
majoritariamente sobre o oceano Pacifico tropical. As anomalias mais intensas com sinal
positivo são registradas em MAM (figura 35b), em baixas latitudes. Em contraste, as anomalias
negativas são as menos intensas quando comparadas as registradas em outros trimestres.
Anomalias positivas enfraquecem e negativas intensificam em JJA (figura 35c), quando
comparado ao trimestre anterior.
No trimestre SON (figura 35d) há uma região bem evidente de anomalias negativas
sobre a região do continente Antártico e são as mais intensas com esse sinal, quando
comparadas as de outros trimestres. Essas anomalias intensas são resultado do fortalecimento
do vórtice polar sul e aumento da depleção de ozônio no buraco da camada de ozônio provocado
pelo La Niña. Anomalias positivas predominam latitudes baixas e médias (HITCHMAN et al.,
2008).
A figura 36 exibe a variação média mensal das anomalias de CTO por faixas de latitude.
É averiguado que na faixa de 0 a 30°S as médias mensais de anomalias são positivas para todos
os meses, tendo os valores mais altos nos meses do outono austral, atingindo valor positivo
máximo em maio (+3,4). A desaceleração da CBD por esse modo é o provocador do aumento
das concentrações de O3 em baixas latitudes e, por consequência, das anomalias positivas
(GARCÍA-HERRERA et al., 2006; CAGNAZZO et al., 2009). Os menores valores são
registrados durante o verão austral, com valor mínimo no mês de fevereiro (+0,2). Os valores
médios para os trimestres são: DJF (+0,6); MAM (+2,8); JJA (+1,7) e SON (+1,3). A média
para todos os meses é -1,6.
Na faixa de 30°S a 60°S os valores médios são majoritariamente negativos, tendo como
exceção apenas os meses de setembro (+0,6) e outubro (+0,7). A primavera austral é o período
com os maiores valores médios mensais. O fim do outono e início do inverno registram os
menores valores. Os valores médios para os trimestres são: DJF (-1,9); MAM (-1,3); JJA (-1,7)
e SON (0,3). A média entre todos os meses é -1,1.

Figura 36 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação de La Niña nos intervalos de
latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.

Fonte: Elaborado pelo autor.
Nessa faixa das médias latitudes temos a modulação dos valores médios de anomalias
majoritariamente por dois fatores. Nos primeiros meses do ano a média das anomalias são
negativas pois o transporte da CBD arrefecido pelo La Niña diminui o total de ozônio que é
transportado de baixas latitudes para essa faixa (GARCÍA-HERRERA et al., 2006;
CAGNAZZO et al., 2009). No entanto, com o surgimento no segundo semestre do vórtice polar
sul, fortalecido e expandido para latitudes mais ao norte pelo La Niña, o bloqueio é intensificado
e uma maior quantidade de ozônio fica contida em médias latitudes, transformando o valor
médio da anomalia em positivo (HITCHMAN et al., 2008).
Entre 60°S a 90°S todas as médias mensais são negativas, com os menores valores
apresentados nos meses de inverno e primavera. O valor mínimo ocorre em setembro (-8,6) e o
máximo em maio (-0,2). Os valores médios para os trimestres são: DJF (-4,0); MAM (-1,0);
JJA (-4,2) e SON (-5,8). A média entre todos os meses é -3,7.
Analisando as médias para todos os meses de cada faixa de latitude percebemos que
aquele com anomalias mais intensas é a entre 60°S e 90°S, seguida pela faixa de 0 a 30°S, e por
fim a entre 30°S e 60°S.

4.3.2 Análise EOF da CTO sobre o hemisfério sul, para cada trimestre, quando sob influência
de La Niña

Figura 37 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF com ação
de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade
de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: elaborado pelos autores.

Na EOF1 (figura 37, painel superior, direita) (50,3% da variância) há aumento dos
valores positivos encontrados ao sul do Pacifico Ocidental, quando comparado as análises
climatológicas (figura 23, painel superior, direita) e para períodos de El Niño (figura 30, painel
superior, direita). Os valores negativos observados em médias latitudes na figura da EOF2
(11,2% da variância) possuem valores menores que aqueles encontrados na EOF2 de períodos
com ação de El Niño (figura 30, painel superior, esquerda). Podemos concluir que, nesse
trimestre, os autovetores dos dois primeiros modos da EOF mostram padrões similares aos
obtidos na análise para períodos sob ação de El Niño (ver análise da figura 30), porém, mais
intensos durante a ação de La Niña. Para os autovalores de EOF1 e EOF2 valem as mesmas
observações obtidas para a análise da EOF1 da Figura 23.
A análise de EOF1 e EOF2 para MAM está exposta na figura 38.
Figura 38 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM com
ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Os padrões apresentados por ambos autovetores são semelhantes a aqueles observados
na análise climatológica (figura 24) e para períodos de El Niño (figura 31). A EOF1 (figura 38,
painel superior, esquerda), com 40,9% da variância da CTO, apresenta autovetores com valores
negativos em médias latitudes, com distribuição latitudinal e valores próximos a aqueles
encontrados na análise climatológica (figura 24, painel superior, esquerda), mas com centro
deslocados longitudinalmente. Zhang et al. (2015), em um estudo utilizando dados do National
Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA) para o período de 1979 a 2009, explica
que a depender da longitude, a CTO de médias latitudes responde de formas diferentes ao
ENOS, consequência de processos dinâmicos. Portanto, vemos aqui um padrão existente na
climatologia que é alterado longitudinalmente pelo La Niña.
Para os autovetores da EOF2 (figura 38, painel superior, direita) (11,7% da variância)
os valores positivos observados ao longo da faixa equatorial e os negativos em médias latitudes
são muito inferiores a aqueles observados na análise climatológica (figura 24, painel superior,
direita), que possui padrão de autovetores semelhante. Entretanto, a diferença na EOF2 da La
Niña é o surgimento de expressivos valores positivos sobre o continente Antártico, quase
imperceptíveis nas EOF2 climatológica (figura 24, painel superior. Essas alterações são
consequências das alterações promovidas pelo La Niña na CBD. A desintensificação do
transporte de massas de ar ricas em ozônio de baixas latitudes para maiores latitudes causa um
maior acúmulo desse gás em menores latitudes (GARCÍA-HERRERA et al., 2006;
CAGNAZZO et al., 2009; CALVO et al., 2010).
A análise de EOF1 e EOF2 para JJA está exposta na figura 39. Os autovetores da EOF1
(figura 39, painel superior, direita) (56,4% da variância) tem distribuição semelhante ao
apresentado pela EOF1 da análise climatológica (figura 25, painel superior, direita).
Os valores negativos em médias latitudes são intensificados durante a ação desse modo
e o centro de maior valor, na análise climatológica ao sul da Oceania, agora está mais deslocado
para leste. Os valores positivos sobre altas latitudes também tem aumento em seus valores.
Estudando o apresentado, o La Niña parece intensificar o padrão já observado na EOF1
climatológica para esse mesmo trimestre (ver análise da figura 25)
A EOF2 apresenta um padrão diferente do observado para a análise climatológica
(figura 25, painel superior, direita) e aparentemente inverso ao observado no estudo para
períodos com ação de El Niño (figura 25, painel superior, direita). Com 9,1% da variância,
valores positivos são encontrados próximos a linha equatorial ao redor de todo o globo. Valores
negativos são observados em médias latitudes e nas latitudes mais ao norte das altas latitudes.
Os menores valores ocorrem ao sul do oceano Pacifico. Ainda há uma pequena região de valores

positivos. Essa configuração está de acordo com o proposto por García-Herrera et al. (2006) e
Cagnazzo et al. (2009), os quais afirmam que eventos La Niña desaceleram a CDB, diminuindo
o transporte de ozônio de baixas para maiores latitudes, como consequência há acumulo desses
gases nas latitudes mais baixas e diminuição das concentrações em médias e altas latitudes.

Figura 39- Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA com ação
de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada unidade
de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

No trimestre SON, ambos EOFs (figura 40, painel superior) apresentam padrões muito
similares aos obtidos na análise climatológica (figura 26, painel superior). Em EOF1 vemos
representado o padrão decorrente do buraco na camada de ozônio formado pelo vórtice polar
sul. Os valores positivos são ligeiramente maiores nos autovetores de EOF1 (figura 40, painel

superior, esquerda) (45,9% da variância), resultado do acúmulo de ozônio em menores latitudes
devido a desaceleração da CBD pelo La Niña (CAGNAZZO et al., 2009; CALVO et al., 2010).
Os autovalores de EOF2 (figura 40, painel superior, direita) (18,5% da variância)
também apresentam aumento dos valores positivos localizados principalmente nas médias
latitudes e com distribuição similar ao “croissant” de ozônio. Assim como para a análise
climatológica, uma pequena área com valores negativos surge sobre o oceano entre a Antártica
e a América do Sul, porém os valores são menores na figura apresentada neste tópico. Essa
configuração pode estar ligada a diminuição no transporte da CBD, reduzindo a quantidade de
gás acumulado em médias e altas latitudes. Outra influência vem da configuração diferenciada
do vórtice polar sul durante a ocorrência de La Niña, o qual se apresenta mais intenso e
expandido para menores latitudes, tornando o “croissant” mais zonalmente assimétrico e
acentuando a área de valores negativos (HITCHMAN et al., 2010).

Figura 40 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON com
ação de La Niña entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b). Cada
unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

4.4 Comparação dos valores trimestrais médios da Coluna Total de Ozônio sobre o
hemisfério Sul quando sob influência dos modos de variabilidade El Niño e La Niña

A figura 41 exibe a diferença entre os campos trimestrais médios da CTO para períodos
de influência El Niño e os campos trimestrais médios para períodos com ação de El Niño. O
resultado nos permite observar em quais áreas cada fase promove maior concentração de
ozônio.
Quando os valores médios de CTO obtidos para El Niño são maiores que os obtidos
para La Niña, o resultado da subtração é positivo, representado na figura 41 em tons de
vermelho. Quando os valores para La Niña são maiores, o resultado é negativo, representado
em tons de azul.
Figura 41 - Valores médios da CTO quando há ação de La Niña subtraídos dos valores médios
quando há ação de El Niño.

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

Analisando DJF (figura 41a) constatamos que na faixa de 0 a 30°S os valores médios da
CTO são predominantemente maiores quando há ação de La Niña, sendo o efeito dessa fase
ainda maior sobre a região do oceano Pacifico, local de origem do modo de variabilidade
ENOS. Para área limitada às longitudes as quais o oceano Pacifico pertence (nesse estudo, de
160°E a 80°W), o valor médio da CTO é 3,1UD maior durante ação de La Niña, comparado ao
El Niño. O valor médio para as demais longitudes dessa mesma faixa é +0,9. Isso ocorre pois
os efeitos da ação dos modos ENOS são mais pronunciados sobre a região do Pacifico, em
outras longitudes os efeitos são resultados de alterações na circulação zonal, os quais diminuem
sua capacidade de atuação à medida que nos afastamos da origem do modo (anomalias da TSM
no oceano Pacifico) (XIE et al., 2014).
Também nas demais longitudes dessa mesma faixa há várias regiões onde os valores
são zero ou próximos a zero, representados pela cor branca. Nesses locais os valores médios da
CTO durante ação das duas fases do ENOS são iguais ou muito próximos, implicando que
nesses locais a CTO apresenta nenhuma ou pouca variação na ação das duas fases.
Entre 30°S e 90°S, os valores de CTO são maiores quando há ação de El Niño,
principalmente sobre o continente Antártico. Na faixa das médias latitudes, o valor médio é
+3,4, e em altas latitudes, +6,1. Como o El Niño acentua o transporte de ozônio de baixas para
maiores latitudes, são explicados os valores aumentados principalmente sobre a região polar
durante essa fase (DOMEISEN et al., 2020).
Na figura 41b, trimestre MAM, verificamos que valores negativos ocupam quase toda
área da faixa de 0 a 30°S e com números menores que aqueles encontrados em qualquer outro
trimestre nesta mesma faixa. Sobre a região do Pacifico, os valores médios durante eventos La
Niña são, em média, 4,8UD maiores que os registrados para eventos El Niño, podendo chegar
a até 11,0UD em alguns pontos próximos ao equador. Fora da região do Pacifico, na mesma
faixa de latitude, o valor médio é 3,2UD maior para La Niña. Esse padrão também é resultado
do transporte da CBD intensificado durante o El Niño (RAO et al., 2019).
Em médias latitudes os valores são maiores quando há El Niño para quase toda região
dessa faixa de latitudes, valor médio para a área de +2,8. Nas faixas de longitude mais próximas
ao oceano Pacifico os valores são os maiores encontrados para essa faixa, atingindo valores até
12,5UD superiores. Apesar da configuração dominante ser a esperada pelo transporte da CDB
(DOMEISEN et al., 2020), os valores são maiores para La Niña em altas latitudes, sobre o
continente Antártico (até 4,7UD superiores), uma característica não esperada como resultado
desse transporte. Os valores são maiores para El Niño sobre os oceanos circundantes (até 5,6UD
superiores).

Na faixa das baixas latitudes de JJA (figura 41c) os valores são maiores durante a ação
de El Niño nas latitudes mais próximas ao equador que não estejam em longitudes sobre o
oceano Pacifico, com valores até 3,7UD superiores. No restante da área dessa faixa predominam
valores negativos, principalmente sobre o oceano Pacifico onde há os menores valores
registrados. Kumar et al. (2021) mostra que o anticiclone, ligado às monções e que ocorrem no
verão sobre a Asia, atua aumentando as concentrações de ozônio quando há atuação de El Niño,
o efeito oposto é esperado para períodos de La Niña. Isso pode explicar esses valores positivos
ao longo da faixa equatorial. Na área da faixa sobre o Pacifico a CTO é, em média, 4,7UD
superior durante La Niña. Para a área restante desta faixa, 2,1UD superior.
Na faixa das médias latitudes os valores são maiores para La Niña naquelas latitudes
mais ao norte e maiores para aquelas mais ao sul. Características que estão de acordo com as
alterações promovidas na CBD durante a atuação do ENOS (BENITO-BARCA et al., 2021).
Os valores registrados nessa faixa variam entre -9,5 e +10,7. Em altas latitudes os valores são
predominantemente maiores durante ação de El Niño, a média para essa faixa é +4,9.
No trimestre apresentado na figura 41d, SON, as características para as baixas latitudes
são semelhantes às encontradas em JJA (figura 41c), valores superiores para El Niño em
latitudes mais próximas ao equador e que não estejam em longitudes sobre o oceano Pacifico.
A diferença nesse trimestre é que esses valores são superiores aos registrados em JJA,
principalmente entre 60°E e 160°E, atingindo valores de até +6,6. É esperado que este também
seja resultado das alterações promovidas nas concentrações de ozônio pelos anticiclones
asiáticos (KUMAR et al., 2021), explicado para JJA. Também, assim como no trimestre
anterior, no restante da área dessa faixa predominam valores negativos, principalmente sobre o
oceano Pacifico onde há os menores valores registrados. Sobre o Pacifico, a média de valores
nessa faixa é -4,3, para a área restante, -1,1.
Uma dualidade ocorre em médias latitudes, nas longitudes de 160°W a 60°E os valores
são maiores para El Niño (até 7,8UD superiores), nas longitudes restantes os valores são
maiores para La Niña (até 10,2UD superiores). Nas altas latitudes os valores são maiores para
El Niño sobre o continente Antártico, mas algumas áreas sobre os oceanos adjacentes e sobre
seu litoral podem apresentar valores superiores para ação de La Niña. O valor médio da área
dessa faixa é +4,8.
Em todos os trimestres é bem evidente os padrões associados a modulação do transporte
da CBD pelo ENOS. El Niños aceleram a circulação, transportando mais ozônio de baixas
latitudes para maiores latitudes. Há então um acumulo desse gás nas latitudes polares, visível
como as grandes áreas de cor vermelha no centro das imagens da figura 41. Eventos La Niña

desaceleram a CBD, acumulando O3 nas baixas latitudes, vistas como as áreas em azul nas
imagens da figura 41 (CAGNAZZO et al., 2009; CALVO et al., 2010). Também, eventos El
Niño (La Niña) enfraquecem (fortalecem) o vórtice polar sul, permitindo que mais (menos)
ozônio provindo de menores latitudes adentre a região polar, amplificando ainda mais as
anomalias nessas latitudes durante JJA e SON.
Destoante desse padrão, em JJA (figura 41c) e SON (figura 41d) há uma expansão da
área de valores negativos na área sobre o oceano Índico e Oceania. Segundo Rogal (2009), o
planalto tibetano e a convecção sobre o sudeste da Ásia, que produzem grandes anticiclones,
moldam a estrutura de ondas e a distribuição de ozônio no hemisfério sul durante o período de
transição inverno-primavera. O autor observa que o ENOS afeta essa dinâmica de distribuição
do O3 com diferentes efeitos a depender da fase de atuação. Quando há La Niña a CTO é entre
5,0UD e 10,0UD maior na faixa de latitudes de 10°S a 55°S. Além disso, há um deslocamento
de 50° para oeste no padrão de ozônio observado, aumentando os valores da CTO em
aproximadamente ~20,0UD na faixa de longitudes de 50°W a 100°E. Esses resultados
concordam com as configurações observadas na figura 41 para os meses de JJA e SON.

4.5 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo
de variabilidade SAM em fase positiva

4.5.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul - Médias e
Anomalias

Os valores médios de CTO sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade SAM em fase positiva estão representados na figura 42. As figuras foram obtidas
realizando médias apenas entre os meses em que há ocorrência da fase positiva, de acordo com
o índice AAO. Todos os trimestres apresentam padrão de distribuição do ozônio similar ao
obtido na média climatológica, apresentando apenas algumas pequenas diferenças nos valores
médios.
Na faixa de 0 a 30°S os valores médios mensais variam entre 255,1UD (maio), valor
mínimo, e 276,9UD (outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(259,2UD); MAM (255,75UD); JJA (262,5UD) e SON (274,1UD). A média entre os quatro
trimestres é 262,9UD.

Figura 42 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul quando há
ação da fase positiva do SAM, representada em projeção polar. Valores em unidades Dobson
(UD).

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

Para a faixa de 30°S a 60°S os valores médios mensais variam entre 276,5UD (março),
valor mínimo, e 336,6UD (outubro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(288,5UD); MAM (281,3UD); JJA (315,5UD) e SON (330,6UD). A média entre os quatro
trimestres é 304,0UD.
No intervalo de 60°S a 90°S os valores médios mensais variam entre 208,9UD
(outubro), valor mínimo, e 291,2UD (dezembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais
são: DJF (283,6UD); MAM (274,7UD); JJA (277,0UD) e SON (228,4UD). A média entre os
quatro trimestres é 265,9UD. A média para toda área do hemisfério sul, entre todos os
trimestres, é de 277,6UD.

A análise das anomalias na figura 43 permite um detalhamento mais aprofundado no
estudo das alterações provocadas pela ação da fase positiva do modo de variabilidade SAM.

Figura 43 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há ação da
fase positiva do SAM, representada em projeção polar.

(a)

DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

A característica marcante presente nos trimestres DJF, MAM e JJA (figuras 43a, 43b e
43c) são as anomalias negativas sobre os oceanos ao redor da continente Antártico, atingindo
valores de até -6,0 em MAM e JJA, e áreas de anomalias positivas sobre a Antártica que podem
atingir valores de até +5,0. Em baixas latitudes, anomalias positivas com valores de próximos
a +1,0 predominam. Em SON (figura 43d) as configurações mudam, uma grande área anomalias
negativas com valores de até -15,0 dominam as altas latitudes, encobrindo toda área do
continente Antártico. Próxima a essa região de anomalias negativas está uma pequena área de

anomalias positivas situada sobre o trecho de oceano entre o continente Sul Americano e o
Antártico. Anomalias com este sinal também são observadas ao redor do globo em baixas
latitudes, como observado nos trimestres anteriores. Durante o SAM positivo, a pressão na
região polar apresenta anomalias negativas. Assim, há aumento da troposfera e diminuição da
CTO. Isso explica a predominância de anomalias negativas nos quatro trimestres
(THOMPSON; WALLACE; 2000). É perceptível também que em todos os trimestres as
anomalias de ozônio não são zonalmente simétricas, apresentando algumas regiões de valores
positivos. Thompson e Wallace (2000) também observaram essa assimetria na distribuição
zonal do O3 e concluíram que ela não esperada como resultado da ação do SAM na atmosfera,
podendo ser resultado da ação de outras variáveis na amostra de dados utilizada pelo estudo.
A figura 44 exibe a variação média mensal das anomalias de CTO por faixas de latitude.
Figura 44 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação da fase positiva do SAM
nos intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.

Fonte: Elaborado pelo autor.
No intervalo de latitude de 0 a 30°S os valores médios variam entre -1,1 (setembro) e
1,0 (fevereiro). Os valores médios para os trimestres são: DJF (+0,3); MAM (aprox. 0); JJA
(+0,1) e SON (+0,1). A média para todos os meses é +0,1. Apesar do predomínio de anomalias
positivas seus valores são muito pequenos, indicando pouca ação, porem existente, da fase
positiva do SAM sobre a CTO de baixas latitudes.
Todas as médias mensais para a faixa de latitude 30°S a 60°S apresentam valores
negativos, exceto pelo mês de junho. Os números variam de -3,6 (maio) a 0,6 (junho). Os
valores médios para os trimestres são: DJF (-1,8); MAM (-2,1); JJA (-1,6) e SON (-1,8). A

média para todos os meses é -1,8, o que representa predomínio de anomalias negativas nessa
faixa.
A faixa de 60°S a 90°S é a que apresenta a maior variação nos valores de anomalias,
indo de -16,0, no mês de novembro, a +5,1, em junho. Entre fevereiro e setembro, com exceção
de agosto, as médias são positivas, nos meses restantes, negativas. A primavera austral é o
período com os menores valores, apresentando valor médio -9,0. A ação do SAM em fase
positiva torna o vórtice polar sul mais intenso, assim ele proporcionará um maior bloqueio da
entrada de ozônio em altas latitudes e em seu interior haverão menores temperaturas, condição
propicia para acentuar a depleção de ozônio (FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014).
Assim, temos uma breve explicação dos acentuados valores negativos em SON. Os outros
trimestres apresentam valores: DJF (-1,4); MAM (+0,4) e JJA (+1,9). A média para todos os
meses é -2,2, representando predomínio de anomalias negativas de maiores valores, quando
comparado a outras faixas de latitude.

4.5.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da CTO sobre o hemisfério Sul
quando há ação do modo de variabilidade La Niña SAM em fase positiva

Para essa sessão, quando os autovetores são positivos (negativos) e os autovalores
também são positivos, há aumento (diminuição) nos valores da CTO (LU et al., 2019). O oposto
é valido. A análise foi aplicada aos conjuntos de meses pertencentes a cada trimestre (DJF,
MAM, JJA e SON), e que estão dentro do período de 41 anos (1980 a 2020) que abrange o
estudo, em que havia ação da fase positiva do SAM. São analisados nesse estudo apenas os dois
primeiros modos.
A análise para DJF está exposta na figura 45. Basicamente o padrão dos autovetores
apresentados na EOF1 e EOF2 (figura 45, painel superior) (44,7% e 12,2% da variância,
respectivamente) são os mesmos observados na análise climatológica (figura 23, painel
superior), a diferença marcante é um aumento nos valores positivos. Como comentado na
análise da figura 23, o padrão da EOF1 parece representar o padrão do SAM. Estudando os
autovetores junto aos autovalores percebemos um aumento da frequência da fase positiva do
SAM ao longo do período estudado, como já discutido anteriormente, mais intenso nessa
análise pois temos aqui o sinal do SAM isolado da sua fase negativa.
Em EOF1, o padrão associado ao acréscimo de ozônio na faixa equatorial pela CBD em
análises anteriores se mostra intensificado pela fase positiva do SAM, concordando com Li

(2010) que mostra através de simulações numéricas que a fase positiva do SAM está ligada a
aceleração da CBD.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.
No trimestre MAM (figura 46), EOF1 (figura 46, painel superior, direita) (38,4% da
variância) apresenta autovetores com padrão similar ao encontrado na análise climatológica,
EOF2 (figura 46, painel superior, esquerda) (13,5% da variância) apresenta um padrão inverso.
EOF1 apresenta desintensificação dos valores negativos e intensificação dos valores
positivos já encontrados na análise climatológica. Em EOF2, valores positivos dominam as
médias latitudes e as latitudes mais ao norte da faixa das altas latitudes, o que indica aumento
no transporte de ozônio de baixas para maiores latitudes, algo que ocorre durante a fase positiva

do SAM como consequência da aceleração da CBD, segundo Li et al. (2010). Investigando o
comportamento dos autovalores de EOF2 notamos um aumento na frequência de valores
positivos ao longo do período de estudo, isso concorda com o aumento de ocorrência da fase
positiva do SAM (THOMPSON et al., 2011; POLVANI et al., 2011).

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

A análise de EOF1 e EOF2 para JJA está exposta na figura 47. Os padrões dos
autovalores de ambas EOFs (figura 47, painel superior) (51,5% e 15,0% da variância,
respectivamente) são similares aos observados na análise climatológica (figura 25, painel
superior), porém, com diferenças nas intensidades dos valores.

A EOF1 (figura 47, painel superior, direita) apresenta valores negativos, em médias
latitudes, com intensidade diminuída, enquanto valores positivos, em altas latitudes, apresentam
intensidade aumentada. O padrão inverso, resultado dos autovalores negativos, predomina nos
últimos meses da sequência analisada, uma consequência do aumento na frequência de fase
positiva do SAM (THOMPSON et al., 2011; POLVANI et al., 2011). Nesse padrão oposto
temos um vórtice bem configurado com valores negativos e com intensidade aumentada,
quando comparado a análise climatológica (figura 24), e valores positivos e médias em altas
latitudes. Fogt et al. (2009) e Bandoro et al. (2014) expõem que durante SAM positivo o ozônio
sobre a região polar é diminuído e o vórtice polar intensificado, concordando com o resultado
encontrado nesse estudo.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Já em EOF2 (figura 47, painel superior, esquerda), os valores positivos e negativos
ganham maior intensidade, consequência da aceleração da CBD por essa fase do SAM (LI et
al., 2010). Importante também observar que os valores positivos estão menos presentes em altas
latitudes, quando comparada a análise climatológica, pois o vórtice polar é mais intenso durante
a ação do SAM positivo (FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014).
A análise de EOF1 e EOF2 para SON está exposta na figura 48. EOF1 (figura 48, painel
superior, direita) (37,8% da variância) apresenta aumento nos autovetores positivos em médias
e baixas latitudes. O aumento em baixas latitudes é mais intenso sobre o oceano Pacifico. Esse
padrão pode estar ligado a aceleração da CBD causado pela fase positiva do SAM, que aumenta
o transporte de ozônio de baixas latitudes (LI et al., 2010).

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

Nos autovalores de EOF2 (figura 48, painel superior, esquerda) (19,5% da variância),
os padrões parecem estar rotacionados em sentido horário, quando comparada a análise
climatológica (figura 26). O “croissant” de valores positivos em altas e médias latitudes agora
apresenta-se deslocado para oeste, assim como uma pequena região de valores negativos nas
proximidades do continente Antártico. Há diminuição dos valores positivos em médias e baixas
latitudes, principalmente sobre a região do continente sul americano. Esses padrões são mais
zonalmente assimétricos que os observados na análise climatológica pois durante a atuação
dessa fase do SAM o vórtice polar é mais intenso, o que inibe uma maior distribuição zonal de
O3 (FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014).

4.6 Análises da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul quando há ação do
modo de variabilidade SAM em fase negativa

4.6.1 Análises trimestrais da Coluna Total de Ozônio sobre o hemisfério Sul - Médias e
Anomalias

Os valores médios de CTO sobre o hemisfério Sul quando há ação do modo de
variabilidade SAM em fase negativa estão representados na figura 49. Todos os trimestres
apresentam padrão de distribuição do ozônio similar ao obtido na média climatológica,
apresentando apenas algumas pequenas diferenças nos valores médios.
Na faixa de 0 a 30°S os valores médios mensais variam entre 254,5UD (fevereiro), valor
mínimo, e 276,5UD (setembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(258,5UD); MAM (255,7UD); JJA (262,4UD) e SON (274,0UD). A média entre os quatro
trimestres é 262,6UD.
Para a faixa de 30°S a 60°S os valores médios mensais variam entre 279,5UD (março),
valor mínimo, e 340,3UD (setembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais são: DJF
(293,0UD); MAM (286,0UD); JJA (319,0UD) e SON (334,5UD). A média entre os quatro
trimestres é 308,1UD.
No intervalo de 60°S a 90°S os valores médios mensais variam entre 221,0UD
(setembro), valor mínimo, e 298,7UD (dezembro), valor máximo. Os valores médios trimestrais
são: DJF (287,1UD); MAM (273,7UD); JJA (272,1UD) e SON (245,6UD). A média entre os
quatro trimestres é 269,6UD. A média para toda área do hemisfério sul, entre todos os
trimestres, é de 280,1UD.

Figura 49 - Análise climatológica trimestral da CTO média sobre o hemisfério sul quando há
ação da fase negativa do SAM, representada em projeção polar. Valores em unidades Dobson
(UD).

(e) DJF

(f) MAM

(g) JJA

(h) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.
A análise das anomalias na figura 50 permite um detalhamento mais aprofundado no
estudo das alterações provocadas pela ação da fase negativa do modo de variabilidade SAM.
Em todos os trimestres é constatada a presença de anomalias negativas de pequenos
valores em baixas latitudes, próximas à linha equatorial, e anomalias positivas de valores
elevados (até +12,0) em médias e altas latitudes, circundando a Antártida e por vezes o próprio
continente (DJF). Há também alguns pontos em altas latitudes que apresentam anomalias de
valores negativos expressivos (até -6,0), as quais surgem principalmente sobre a costa do
continente Antártico voltado para o oceano Pacifico, mas que podem encobrir todo o continente
(JJA).

Figura 50 - Análise trimestral da anomalia de CTO sobre o hemisfério sul quando há ação da
fase negativa do SAM, representada em projeção polar.

(e)

DJF

(f) MAM

(g) JJA

(h) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.
Durante o SAM negativo é observado um padrão de anomalias inverso ao observado
para o SAM positivo. A pressão na região polar apresenta anomalias positivas e, portanto, há
diminuição na altura da troposfera e aumento nos valores da CTO. Isso explica a predominância
de anomalias positivas nos quatro trimestres (THOMPSON; WALLACE; 2000). Como
observado anteriormente, é verificado para todos os trimestres que as anomalias de ozônio não
são zonalmente simétricas, apresentando algumas regiões de valores negativos não esperadas
como resultado da ação do SAM, tendo como possível explicação a influência de outras
variáveis nos dados da amostra utilizada no estudo, como concluíram Thompson e Wallace
(2000).
A figura 51 exibe a variação média mensal das anomalias de CTO por faixas de latitude.

100

Figura 51 - Médias mensais da anomalia de CTO quando há ação da fase negativa do SAM nos
intervalos de latitude de 0 a 30°S, 30°S a 60°S, e 60°S a 90°S.

Fonte: Elaborado pelo autor.
Os valores médios de todos os meses para a faixa de latitude de 0 a 30°S são muito
pequenos. Os números variam entre o menor valor registrado, -1,4, em fevereiro, e +1,3, em
setembro. Os valores médios para os trimestres são: DJF (-0,4); MAM (-0,1); JJA (-0,1) e SON
(aprox. 0). A média para todos os meses é -0,1. Apesar do predomínio de anomalias negativas
seus valores são muito pequenos, indicando pouca ação, porem existente, da fase negativa do
SAM sobre a CTO de baixas latitudes.
Todos os valores médios mensais são positivos para a faixa de latitude de 30°S a 60°S,
exceto pelo mês de junho (-0,7), menor valor registrado. O maior valor ocorre no mês de janeiro
(+4,0). Os valores médios para os trimestres são: DJF (+2,6); MAM (+2,6); JJA (+1,9) e SON
(+2,1). A média para todos os meses é +2,3.
A faixa de latitude de 60°S a 90°S quando sob ação da fase negativa do SAM se
comporta de forma similar, porem inversa, a quando sob ação da fase positiva. Durante todo
ano os valores médios mensais de anomalias sofrem pouca variação, com exceção dos meses
da primavera austral, que apresentam um aumento expressivo nos valores. O menor médio valor
ocorre no mês de junho (-5,6) e o maior ocorre em novembro (+12,2). A ação do SAM em fase
negativa enfraquece o vórtice polar sul, assim ele bloqueará com menos eficiência a entrada de
ozônio provindos de baixas latitudes em altas latitudes. Além disso, em seu interior haverão
maiores temperaturas, tornando as condições no interior do vórtice menos propicias a depleção
de ozônio (FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014). Assim, temos uma breve explicação
dos acentuados valores positivos em SON. Os valores médios para os trimestres são: DJF
(+2,1); MAM (-0,5); JJA (-2,3) e SON (+7,7). A média para todos os meses é +1,7.

101

4.6.2 Análise trimestral dos principais padrões de variabilidade da CTO sobre o hemisfério Sul
quando há ação do modo de variabilidade La Niña SAM em fase negativa
Para essa sessão, quando os autovetores são positivos (negativos) e os autovalores
também são positivos, há aumento (diminuição) nos valores da CTO (XIE et al., 2014). O
oposto é valido. A análise foi aplicada aos conjuntos de meses pertencentes a cada trimestre
(DJF, MAM, JJA e SON), e que estão dentro do período de 41 anos (1980 a 2020) que abrange
o estudo, em que havia ação da fase negativa do SAM. São analisados nesse estudo apenas os
dois primeiros modos.
A análise para DJF está exposta na figura 52. Em relação aos autovetores de EOF1
(figura 52, painel superior, esquerda) (55,5% da variância) não há muitas mudanças em relação
ao padrão de distribuição dos valores exceto pelos ligeiros aumentos desses valores quando
comparados a análise climatológica (figura 23, painel superior).

Figura 52 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre DJF com ação
da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b).
Cada unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

102

Para EOF2 (figura 52, painel superior, direita) (11,2% da variância) as mudanças nos
padrões apresentados são significativas. Diferente da EOF2 climatológica desse trimestre
(figura 23, painel superior, direita), não vemos aqui valores positivos ao longo das baixas
latitudes. Apenas uma pequena região de valores positivos sobre o oceano entre a Antártica e o
continente Sul Americano e valores negativos ao longo da faixa equatorial, um padrão inverso
ao observado para a fase positiva.
Em MAM, os autovetores (figura 53, painel superior) apresentam padrões similares ao
observados na análise climatológica (figura 24, painel superior) (11,2% da variância).

Figura 53 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre MAM com
ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores
em (b). Cada unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

103

A diferença aqui é que o EOF1 (figura 53, painel superior, esquerda) (41,0% da
variância) apresenta valores menores, tanto positivos quanto negativos, enquanto a EOF2
(figura 53, painel superior, direita) (15,7% da variância) apresenta aumento no modulo dos
valores positivos e negativos. Podemos entender que essa fase mantem os dois padrões
analisados anteriormente (ver figura 24) apenas alterando suas intensidades e que o segundo
padrão é aquele mais ligado aos padrões atmosféricos do SAM, apresentando-se mais intensos
na análise EOF quando isolados os períodos de atuação dessa fase.
A análise de EOF1 e EOF2 para JJA está exposta na figura 54.

Figura 54 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre JJA com ação
da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores em (b).
Cada unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.

104

As configurações exibidas na EOF1 (figura 54, painel superior, esquerda) (51,4% da
variância) são semelhantes as obtidas na EOF1 da análise climatológica (figura 25, painel
superior), mas as exibidas em EOF2 (figura 54, painel superior, direita) (10,8% da variância),
não. EOF1 apresenta valores negativos em médias e baixas latitudes, com valores menores que
aqueles registrados na EOF1 climatológica (figura 25). Os valores positivos, sobre altas
latitudes, mostram acréscimo de valores.
As principais diferenças na EOF2 é a ausência de valores negativos em baixas latitudes
e alterações na distribuição dos valores positivos em médias e altas latitudes. Antes com valores
positivos mais homogêneos desde as latitudes mais ao sul na faixa das baixas latitudes até as
latitudes mais ao norte na faixa das altas latitudes, agora esses são bem maiores sobre os limites
entre as altas e médias latitudes e menores nas latitudes mais ao norte da faixa das médias
latitudes. Possivelmente isso é produto do enfraquecimento do vórtice polar sul pela fase
negativa do SAM que permite o ozônio ser transportado para latitudes ainda maiores (FOGT et
al., 2009; BANDORO et al., 2014)
A análise de EOF1 e EOF2 para SON está exposta na figura 55. Os padrões dos
autovetores de ambas EOFs (figura 55, painel superior) se assemelham com os observados na
análise climatológica (figura 26, painel superior).
As discrepâncias de EOF1 (figura 55, painel superior, direita) (41,4% da variância) estão
nos valores positivos encontrados sobre médias e altas latitudes, os quais apresentam aumento,
enquanto aqueles localizados em baixas latitudes são reduzidos, principalmente aqueles sobre
o oceano Pacifico. O aumento sobre a região polar concorda com estudos prévios os quais
apontam que durante a fase negativa as concentrações desse gás sofrem acréscimo nessa região
(FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014).
Em EOF2 os padrões parecem estar rotacionado em sentido anti-horário. Os valores
positivos em altas e médias latitudes (figura 55, painel superior, esquerda) (17,5% da variância),
na análise climatológica localizados sobre a região do “croissant”, agora apresentam-se
deslocados mais para leste, assim como uma pequena região de valores negativos nas
proximidades do continente Antártico.
Há diminuição dos valores positivos em médias e baixas latitudes, principalmente sobre
a região do oceano Pacifico. A fase negativa do SAM enfraquece o vórtice polar sul (FOGT et
al., 2009; BANDORO et al., 2014), por consequência há enfraquecimento da CBD, o que pode
ser a causa da diminuição dos valores positivos, pois o transporte de ozônio para a região polar,
onde há maior depleção, é facilitado (GERBER, 2012).

105

Figura 55 - Primeiro e segundo modo da análise EOF para os meses do trimestre SON com
ação da fase negativa do SAM entre 1980 a 2020. Autovetores exibidos em (a) e autovalores
em (b). Cada unidade de tempo representa um mês.

(a)

(b)

tempo
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.7 Comparação dos valores médios trimestrais da CTO sobre o hemisfério sul quando
sob influência de SAM em fase positiva e negativa

A figura 56 exibe a subtração dos valores médios trimestrais da CTO, sobre o hemisfério
sul, quando sob influência da fase negativa do modo de variabilidade SAM dos valores de CTO
obtidos quando sob ação da fase positiva do mesmo modo.
Quando os valores médios de CTO obtidos para fase positiva são maiores que os obtidos
para fase negativa, o resultado da subtração é positivo, representado na figura 56 em tons de
vermelho. Quando os valores para fase negativa são maiores, o resultado é negativo,
representado em tons de azul.
Em uma visão geral da figura 56, há características predominantes entre os quatro
trimestres. Nas latitudes mais próximas ao equador os valores de CTO são, geralmente, maiores

106

quando há ação da fase positiva do SAM. Nas latitudes mais ao sul da faixa de 0 a 30°S e nas
latitudes médias, de 30°S a 60°S, majoritariamente os valores são maiores quando há ação da
fase negativa do SAM, exceto em algumas regiões próximas ao limite sul da faixa das latitudes
médias, que se expande para quase toda latitude alta em JJA (figura 56c), que apresentam
maiores valores para períodos com ação da fase positiva. Em altas latitudes, o SAM em fase
positiva possui valores superiores em quase toda área dessa faixa de latitudes nos trimestres
MAM (figura 56b) e JJA (figura 56c), o SAM negativo domina em SON (figura 56d) e há
grande dualidade em DJF (figura 56a).

Figura 56 - Valores médios da CTO quando há ação de SAM em fase negativa subtraídos dos
valores médios quando há ação de SAM em fase positiva.

(a) DJF

(b) MAM

(d) SON

Fonte: Elaborado pelo autor.

107

Em DJF (figura 56a), a média da faixa das baixas latitudes é +0,7, chegando a até +3,5
em áreas próximas a linha do equador e -2,5 no limite sul. Em médias latitudes os valores
variam entre -12,8 e +3,8, média para área de -4,4. Grandes áreas de valores positivos e
negativos encobrem as altas latitudes, porem os valores negativos predominam gerando uma
média para a área da faixa de latitudes de -3,5.
Os valores positivos observados nas baixas latitudes em DJF (figura 56a) diminuem de
valor em MAM (figura 56b), a média para a faixa é +0,1. Os valores chegam a até +2,0 em
regiões próximas à linha do equador. Esse trimestre é o que apresenta a maior área total de
valores muito próximos, distribuídas principalmente sobre as baixas latitudes. A área de valores
negativos sobre médias latitudes diminui de tamanho e a área de anomalias positivas sobre os
limites entre as faixas de médias e altas latitudes avança sobre o continente Antártico. A média
para a faixa das médias latitudes é -4,7, com valores variando entre -14,2 e +5,9. Para altas
latitudes, a média é +1,0, com valores variando entre -11,5 e +8,8.
Observando as baixas latitudes em JJA (figura 56c) identificamos aumento dos valores
positivos em relação ao trimestre anterior, atingindo até +3,6 em algumas áreas próximas ao
equador. A área de valores negativos nas médias latitudes se expande, avançando para menores
latitudes. Dentro da faixa de baixas latitudes é possível encontrar valores de até -4,7 em regiões
próximas a 30°S.
Valores negativos ainda dominam as médias latitudes, a média de valores para essa faixa
é -3,5, indicando que os valores de CTO são superiores quando há La Niña. Nos limites sul da
faixa há presença de valores positivos, que agora dominam quase toda faixa de altas latitude. O
valor médio para a área de 60°S a 90°S é +4,6.
No trimestre seguinte, SON (figura 56d), os valores positivos em baixas latitudes atinge
seus valores mais altos entre todos os trimestres, até +3,9 em locais próximos a linha equatorial.
Os valores negativos ainda predominam a maior parte das latitudes médias e a região mais ao
sul dentro da faixa das médias latitudes. A média de valores para a área das médias latitudes é
-3,9. Em altas latitudes predominam valores negativos, os menores registrados entre todos os
trimestres, registrando até -29,5 em regiões sobre o continente Antártico. Isso significa que os
valores de CTO são muito maiores para essas latitudes quando há SAM em fase negativa,
comparado há períodos de fase positiva. A área de valores positivos que está presente próxima
a Antártica nos quatro trimestres é deslocada para a região sobre o oceano entre o continente
sul Americano e o continente Antártico. A fase negativa do SAM enfraquece o vórtice polar sul
(FOGT et al., 2009; BANDORO et al., 2014) permitindo uma maior entrada de conteúdos de

108

ozônio em latitudes polares nos meses de primavera, isso explicaria os grandes valores
negativos presentes sobre a Antártica na figura 56d.

109

5 CONCLUSÕES

A análise apresentada nesse estudo utiliza uma atual e robusta série de dados, o que
resultou em uma análise climatológica consistente e confiável. Os padrões de comportamento
trimestral climatológico da CTO concordam com os resultados de estudos prévios. As análises
estatísticas mostram que em DJF, MAM e JJA o modo de maior influência sobre a CTO é o
SAM, com ação concentrada principalmente em latitudes extratropicais. O segundo padrão de
maior influência é o transporte de ozônio pela CBD. SON é o trimestre que apresenta os padrões
mais discrepantes, no primeiro modo temos o padrão de “croissant” atuando em médias e altas
latitudes enquanto o segundo padrão mostra a atuação do vórtice polar sobre as concentrações
de O3.
As anomalias obtidas para toda área do hemisfério sul quando há ação dos modos de
variabilidade ENOS e SAM são um dos principais resultados obtidos nesse estudo pois
resultaram em uma visão ampla da ação desses modos na concentração de ozônio. Para períodos
em que há ação de El Niño o transporte acentuado da CBD causa anomalias positivas em
maiores latitudes e negativas em baixas latitudes. Nos trimestres DJF e MAM os valores
abrangem altas e médias latitudes, mas em JJA e SON as anomalias positivas ficam mais
contidos em altas latitudes, alcançando as médias latitudes apenas ao sul do oceano Pacifico. É
também nesses dois últimos trimestres em que surgem anomalias positivas nas proximidades
da linha equatorial, que podem estar ligadas a alterações nos grandes ciclones gerados no
planalto tibetano e pela convecção sobre o sudeste da Ásia. Análises estatísticas indicam que o
SAM domina DJF e MAM, assim como é o modo mais atuante em JJA, sendo o segundo o
transporte de ozônio pela CBD. Em SON o primeiro modo é o vórtice polar e o segundo, o
“croissant” de ozônio.
Em períodos de La Niña a ação sobre a CBD é inversa, assim como os padrões de
anomalias observados. Em DJF, MAM e JJA as anomalias negativas se estendem desde as altas
até médias latitudes, e ficam contidas em altas latitudes em SON. As anomalias próximas a
faixa equatorial ressurgem apenas em SON e com sinais negativos. Assim como para o El Niño,
essas anomalias merecem um estudo dedicado. A análise estatística mostra que os padrões
dominantes são os mesmos encontrados para a fase quente.
No estudo para ação da fase positiva do SAM, concordando com estudos prévios e com
o comportamento teórico do SAM, é observado predomínio de anomalias negativas em altas e

110

médias latitudes. No entanto, áreas reduzidas com anomalias de sinal oposto surgem sobre e
nas redondezas do continente Antártico nos quatro trimestres. Suposições quanto suas origens
podem ser feitas, no entanto, para um reposta definitiva, são necessários estudos voltados
especialmente para essa questão. Os estudos estatísticos mostram que os principais padrões
dominantes de variabilidade são os mesmos observados para a análise climatológica. Durante
a fase negativa são observados padrões inversos.
As análises estatísticas mostram uma tendência de aumento da frequência de SAM em
fase positiva, concordando com estudos prévios. Há também uma tendência de aumento na
concentração média da CTO dentro do vórtice polar nos meses da primavera, o que pode estar
ligado ao aumento da frequência de ENOS intensos em fase quente ao longo do período
estudado, tornando o vórtice polar mais fraco. O aumento da frequência de SAM em fase
positiva e El Niños estão ligados às mudanças climáticas provocadas pela ação antropogênica
dentro do período estudado. Um dos principais resultados obtidos no presente estudo é a
indicação de mudanças na distribuição e concentração de O3 que condizem com as alterações
esperadas por essas mudanças. Dada a importância do ozônio no balanço energético da
atmosfera é importante compreender sua relação com as mudanças climáticas, sendo esse o
objetivo de futuros estudos.
São recomendados também para estudos futuros a execução de análises similares às
aplicadas nesse estudo, no entanto, distinguindo os eventos ENOS por grau de intensidade, e
um estudo para compreender a não uniformidade das anomalias de CTO provocadas pelas fases
do SAM sobre o as médias e altas latitudes.

111

REFERÊNCIAS

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