Tropical monsoonal system and vegetation changes in past interglacial periods

Os sistemas de monção e a vegetação dinâmica do Hemisfério Sul foram investigados com base em experimentos climáticos conduzidos pelos modelos acoplados ICTP-CGCM (SPEEDY-NEMO) e CCM3/IBIS para os perı́odos interglaciais Holoceno-Médio (6 mil anos antes do presente - AP), MIS5e (127 mil anos AP), MIS11c (409 mil anos AP) e MIS31 (1,072 milhões de anos AP). A variabilidade interanual e a intensidade dos eventos de monção são analisadas a partir de ı́ndices de vorticidade e processos de interação oceano-atmosfera para monções da África, Austrália e América do Sul. Comparado ao clima atual, as análises de correlação demonstraram fraca influência do Oceano Pacı́fico equatorial na monção de verão austral para o MIS5e, MIS11c e MIS31. Exceção é notada para a monção da América do Sul, onde o Niño 3.4 exerce um papel mais proeminente nesses intervalos distantes, em consonância com o Atlântico tropical em particular durante o MIS5e. Experimentos de sensibilidade indicam, ainda, que as monções são forçadas não apenas por fatores externos, como o efeito dominante da insolação, mas também por anomalias climáticas como a temperatura da superfı́cie do mar (TSM) das bacias equatoriais do Atlântico e do Pacı́fico. Após verificar a influência dos sistemas de monções do Hemisfério Austral, o modelo CCM3/IBIS foi executado a partir de saı́das de TSM climatológicas do Speedy-Nemo. Para os perı́odos Holoceno-Médio, MIS5e e MIS11c, notou-se que as áreas apresentam uma redução significativa da vegetação ombrófila, sendo trocada por extensas áreas de savanas e pastagens, em partes da região sul e central da África, e grande parte da Amazônia. Em outro perı́odo importante, os resultados mostraram que houve mudanças na cobertura vegetal devido à forçante de insolação durante o MIS31 quando comparado a outros interglaciais, mas o impacto foi maior na Austrália e na região central da América do Sul. Por outro lado, o clima tropical austral se tornou mais seco devido as anomalias negativas de TSM, induzidas pelas bacias do Atlântico e do Pacı́fico Tropical, reduzindo assim a precipitação continental. Demonstra-se ainda que a resposta da vegetação ao longo da região tropical do Hemisfério Sul, não está fortemente ligada apenas às variações orbitais, mas modulada pelas mudanças internas da TSM do Atlântico e do Pacı́fico. Ao longo das regiões de estudo, em particular, durante o Holoceno-Médio, MIS5e e MIS11c, a sazonalidade da insolação foi reduzida no Hemisfério Sul, levando ao resfriamento anômalo das bacias oceânicas tropicais, e consequentemente, resultou na migração da zona de precipitação de verão que tem como o principal sistema meteorológico a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) para latitudes tropicais do Hemisfério Norte. Portanto, combinado com o aumento das temperaturas continentais de verão em baixas latitudes e um perı́odo prolongado de seca foram suficientes para que o forçamento levasse a uma retração lenta, mas constante das florestas tropicais do Congo e da Amazônia causando um efeito de extrema aridez. Palavras-chave: Vegetação. Temperatura da Superfı́cie do Mar. Modelagem Acoplada. Paleoclima.Based on coupled climate experiments conducted with the coupled ICTP-CGCM model focusing on interglacial stages Mid-Holocen (6 ka), MIS5e (127 ka), MIS11c (409 ka) and MIS31 (1,072 ka), the Austral summer monsoonal system is investigated. The interannual variability and intensity of monsoon events are analysed from vorticity indices and air-sea interaction processes for Africa, Australia and South America monsoons. Results demonstrated with respect to present day conditions, an orbital driven decrease in precipitation in summer, but slightly shift of the onset and demise periods of monsoons. During the interglacial stages, cooling occurs in the Southern Hemisphere whereas Northern Hemisphere substantially warms, inducing remarkable changes in the position of the oceanic subtropical high pressure systems and equatorial convergence zone. These mechanisms contribute to periods of drought, with reduced precipitation rate over sectors of the Amazon and Northeastern Brazil, northern Australia and southern Africa. Monsoonal rainfall shows different responses to precessional forcing, as well as the relationship between the monsoon and Niño 3.4 differs among the interglacial stages. Compared to current climate, correlation analyses have demonstrated weaker influence of the equatorial Pacific Ocean on the Austral summer monsoon for the MIS5e, MIS11c and MIS31. Exception is noticed for the South America monsoon, where the Niño 3.4 exerts a more prominent role in these distant intervals, in consonance with the tropical Atlantic in particular during the MIS5e. Results are based on a suite of coupled climate simulations conducted with the ICTP-CGCM (Speed-Nemo), which provides the boundary conditions for the CCM3/IBIS model. The CCM3/IBIS model was run from outputs Speed-Nemo of the global ocean and individualized Atlantic, Pacific, and Indian ocean basins forcing, in addition to orbital parameters, and greenhouse gases. For the interglacials, MH, MIS 5e and 11c, it has been found that areas areal a significant reduction in the tropical evergreen forest, but more extensive savanna and grasslands, over parts of the southern and central African region, and into Amazon region. In another important period, the results showed that have been changes that of vegetation cover due to insolation forcing during MIS31 when compared to other interglacials, but the impact was greater in Australia and central South America. On the other hand, the southern tropical climate became drier due to negative SST anomalies, induced by the Atlantic and Tropical Pacific basins, and thus reduced continental precipitation. It is further demonstrated that the response of the vegetation across the tropical region of the SH, is not strongly linked only to orbital variations, but modulated by the internal changes of Atlantic and Pacific SST. In particular, during the MH, MIS5e and MIS11c, the seasonality of insolation was reduced in the SH, leading to the cooling of the southern tropical ocean basins, resulting in the migration of the summer precipitation zone to boreal latitudes. Therefore, combined with increased low-latitude summer temperatures and a prolonged dryer period were sufficient for the forcing led to a slow retraction, but steady of the rainforests of Congo and Amazonia causing an effect of extreme aridity. Keywords: Vegetation. Sea Surface Temperature. Dynamic Vegetation Model. Interglacial.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio