Variações multidecenais da precipitação na Colômbia e na Bacia do Prata e suas relações com os jatos de baixos níveis

The hypothesis investigated in this Thesis is that low frequency natural variations associated with the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) can have a strong influence on the average behavior of precipitation and streamflow rates over the Colombian Biogeographic Choco (CBC) basins, and in extreme precipitation events over the La Plata Basin (LPB) driven by changes in low-level jets (LLJ) of South America. For this, spatial interpolations and cross-validation, trend and homogeneity tests, principal component analysis (PCA), extreme precipitation indices, and composite analysis were used. The main contributions of this research were: i) the interpolations allowed to examine the data and characteristics of annual and seasonal mean precipitation for the two study areas; through the cross-validation of multivariate geostatistical methods and deterministic methods, Cokriging was identified with the spherical (Gaussian) model as the best precipitation interpolator in the CBC region (in the LPB), using elevation as a secondary variable; ii) regarding the influence of the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on the variability of the Chocó Jet (CJ) and the Caribbean Low-Level Jet (CLLJ), there is an increase in the zonal wind in the center of the CJ during September-November (SON), reinforced after 1997, associated with negative sea surface temperature (SST) anomalies in the tropical Pacific Ocean and positive ones in the Caribbean Sea and Tropical North Atlantic (TNA), strengthen the CJ and weaken the CLLJ, enhanced the moisture transport to central and western Colombia, increasing the rainfall there. The results indicate that the combination of the cold phase of the PDO (CPDO) and the warm phase of the AMO (WAMO) defines a low-frequency medium state, which affects the interannual climate variability and can affect the CJ variability and the precipitation In Colombia; iii) the variations in the streamflow of the Atrato River Basin (ARB) during the 1965-2015 period, considering the cold (1965-1994) and warm (1995-2015) phases of the AMO, showed an increase after 1994. The warm tropical Atlantic during WAMO intensified the Walker circulation, causing an upward movement in the north and northwestern South America, which contributed to the positive rainfall anomalies and increased streamflow in the ARB; iv) the seasonal validation of the CHIRPS (Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Stations) precipitation dataset for the LPB, through the PCA, indicated that the CHIRPS v.2 dataset captures the spatial patterns and variability at different time scales in the LPB; v) an increase in total wet-day precipitation (PRCPTOT) and number of heavy precipitation days (R10mm) in the southern LPB (S-LPB) during SON, and an increase in the consecutive dry days (CDD) in northern LPB (N-LPB) during June-August (JJA) were observed. An upward change in R10mm after 1999 is identified during SON in S-LPB, associated with: teleconnections with the positive Indian Ocean Dipole (IOD), drives an extratropical southern Rossby wave disturbance extending towards southeastern South America and configures a barotropic cyclone over the south of the continent, and favor the moisture transport from the northwestern and central Amazon to southern and western LPB; and increased moisture flow to LPB due to warming in the southwestern Atlantic. An important aspect discussed here is that the low-frequency background conditions are modulated by the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO). The results, as well as the proposed methods, are of interest for low-frequency climate monitoring and forecasting, for water resources management and hydrometeorological risk in two regions of particular environmental and economic importance in South America.A hipótese investigada nessa Tese é que variações naturais de baixa frequência, associadas à Oscilação Multidecenal do Atlântico (AMO) podem ter uma forte influência sobre o comportamento médio da precipitação e vazão sobre as bacias do Choco Biogeográfico Colombiano (CBC) e sobre os eventos extremos de precipitação sobre a Bacia do Prata (LPB) impulsionadas por mudanças nos jatos de baixos níveis (LLJs) na América do Sul. Para isso, foram utilizadas interpolações espaciais e validação cruzada, testes de tendência e homogeneidade, Análises de Componentes Principais (PCA), índices extremos de precipitação e análises de composições. As principais contribuições de esta investigação foram: i) as interpolações permitiram examinar os dados e características da precipitação média anual e sazonal para as duas áreas de estudo; através da validação cruzada de métodos geoestatísticos multivariados e determinísticos, Cokriging com o modelo esférico (Gaussiano) foi identificado como o melhor interpolador da precipitação na região do CBC (na LPB), usando a elevação como variável secundária; ii) sobre a influência da Oscilação Multidecenal do Atlântico (AMO) na variabilidade do Jato do Choco (CJ) e do Caribe (CLLJ), se observa o aumento do vento zonal no centro do CJ durante Setembro-Novembro (SON), reforçado após de 1997, associado as anomalias negativas da temperatura da superfície do mar (TSM) no Oceano Pacífico tropical e positivas no Mar do Caribe e no Atlântico Norte Tropical (TNA) que enfraquecem (intensificam) o CLLJ (CJ), aprimorando o transporte de umidade para a região central e oeste da Colômbia e aumentando as precipitações. Os resultados indicam que a combinação da fase fria da PDO (CPDO) e a quente da AMO (WAMO), definem um background de baixa frequência, o que afeta a variabilidade climática interanual, e podem influenciar o CJ e as precipitações na Colômbia; iii) variações da vazão na Bacia do Rio Atrato (ARB) durante o período de 1965-2015, considerando as fases fria (1965-1994) e quente (1995-2015) mostraram o aumentou após 1994. O Atlântico tropical quente durante a WAMO intensifica a circulação de Walker, causando movimento ascendente no norte e noroeste da América do Sul, o que contribuiu para as anomalias positivas de chuva e aumento da vazão na ARB; iv) a validação sazonal do conjunto de dados de precipitação de CHIRPS (Climate Hazards Group Infrared Precipitation with Stations) para a LPB, através de PCA, indicou que o conjunto de dados CHIRPS v.2 captura os padrões espaciais e a variabilidade em diferentes escalas de tempo na LPB; v) foram observadas tendências positivas na precipitação total em dias úmidos (PRCPTOT) e no número de dias de precipitação intensa (R10mm) na região sul da LPB (S-LPB) durante SON, e tendências positivas de dias secos consecutivos (CDD) no norte da LPB (N-LPB) durante Junho-Agosto (JJA). Uma mudança positiva no R10mm após de 1999 é identificada durante SON em S-LPB, associada com: teleconexões com o dipolo positivo do Oceano Indico (IOD), que gera uma perturbação extratropical de onda de Rossby no hemisfério sul que se estende em direção ao sudeste da América do Sul e configura um ciclone barotrópico sobre o sul do continente, favorecendo o transporte de umidade do noroeste e centro da Amazônia para o sul e oeste da LPB; e aumento do fluxo de umidade para a LPB devido ao aquecimento no Atlântico sudoeste. Um aspecto importante discutido aqui é que as condições do estado médio da baixa frequência são moduladas pela Oscilação Multidecenal do Atlântico (AMO). Os resultados, bem como os métodos propostos, são de interesse para o monitoramento e previsão climática de baixa frequência, a gestão dos recursos hídricos e o risco hidrometeorológico em duas regiões de especial interesses ambiental e econômico na América do Sul