Influence of the antarctic ozone hole and atmospheric dynamics on ozone in southern Brazil

Abstract

A primavera austral no Hemisfério Sul apresenta reduções temporárias do conteúdo de ozônio princi-palmente na região Antártica conhecida como Buraco de Ozônio Antártico (BOA). Porém, estudos mostram uma influência sob regiões de médias latitudes, como o Sul do Brasil, onde são identificados dias com diminuições temporárias da coluna total de ozônio (CTO). Com isso, o objetivo principal dessa tese é investigar essa influência do BOA sobre a região sul do Brasil, utilizando dados da coluna total de ozônio e de perfis verticais que vão ajudar a identificar a altura preferencial em que essas diminuições ocorrem no sul do Brasil, além de analisar o comportamento dinâmico atmosférico durante esses eventos no período 42 anos de dados (1979 a 2020). A metodologia utilizada compreende a análise de dados médios diários da coluna total de ozônio através de instrumentos de superfície (Espectrofotômetro Brewer), dados de satélites (TOMS e OMI), e para comparação dados de reanálise do ECMWF-ERA5, para a identificação de eventos de influência do BOA sobre a região Sul do Brasil. A análise do conteúdo vertical de O3 dados do satélite TIMED/SABER disponibiliza dados diários de 15 a 110 km de altura e possuem 17 anos de perfis de O3 disponíveis no período de 2002 a 2018. A validação desses dados se fez necessária, e para isso foi utilizada a rede SHADOZ de medidas de ozonesondes para realizar essa validação através da estação tropical em Natal/RN como referência. Essa validação apresentou uma boa concordância entre os dois instrumentos, viabilizando o uso do SABER para as análises dos eventos de influência do BOA. A partir disso, foram identificados 102 eventos que influenciaram Santa Maria/RS com diminuição temporária no conteúdo de O3 durante o período, e com queda média entre 24 e 28,1 km de altitude. Nas análises dinâmicas os campos estra-tosféricos mostraram o aumento da vorticidade potencial na média dos eventos, principalmente nos meses de setembro e outubro. Os modelos conceituais no corte horizontal e vertical da atmosfera ex-plicam a atuação do jato estratosférico e troposférico durante a ocorrência de eventos de diminuição do conteúdo de O3 em Santa Maria/RS. Foi possível identificar a forte influência no desenvolvimento desses eventos através da conexão do jato estratosférico (vórtice polar) com os jatos troposféricos (jato polar e subtropical) em níveis médios e altos da atmosfera.

Le printemps austral dans l'hémisphère sud présente des réductions temporaires de la teneur en ozone principalement dans la région antarctique connue sous le nom de trou d'ozone antarctique (AOH). Cependant, des études montrent une influence dans les régions de latitude moyenne, comme le sud du Brésil, où des jours avec des diminutions temporaires de la colonne d'ozone totale (COT) sont identifiés. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier cette influence de l'AOH sur la région sud du Brésil, en utilisant les données de la colonne d'ozone totale et des profils verticaux qui aideront à identifier la hauteur préférentielle à laquelle ces diminutions se produisent dans le sud du Brésil, en plus à analyser le comportement dynamique de l'atmosphère lors de ces événements dans la période de 42 ans de données (1979-2020). La méthodologie utilisée comprend l'analyse des données quotidiennes moyennes de la colonne totale d'ozone à travers des instruments de surface (spectrophotomètre Brewer), des données satellitaires (TOMS et OMI), et de comparer les données de réanalyse de l'ECMWF-ERA5, pour l'identification des événements d'influence de l'AOH sur la région sud du Brésil. L'analyse du contenu vertical des données O3 du satellite TIMED/SABRE fournit des données quotidiennes de 15 a 105 km d'altitude et dispose de 17 années de profils O3 disponibles sur la période de 2002 à 2018. La validation de ces données était nécessaire, et pour cela le réseau SHADOZ de mesures de sondes d'ozone a été utilisé pour effectuer cette validation à travers la saison tropicale au Natal/RN comme référence. Cette validation a montré un bon accord entre les deux instruments, permettant l'utilisation de SABER pour l'analyse des événements d'influence AOH. A partir de là, 102 événements ont été identifiés qui ont influencé Santa Maria/RS avec une diminution temporaire de la tem eur en O3 au cours de la période, et avec une chute moyenne entre 24 et 28,1 km d'altitude. Dans l'analyse dynamique, les champs stratosphériques ont montré une augmentation du tourbillon potentiel dans la moyenne des événements, principalement dans les mois de septembre et octobre. Les modèles conceptuels dans la coupe horizontale et verticale de l'atmosphère expliquent l'action du jet stratosphérique et troposphérique lors de la survenue d'événements de diminution de la teneur en O3 à Santa Maria/RS. Il a été possible d'identifier la forte influence sur le développement de ces événements à travers la connexion du jet stratosphérique (vortex polaire) avec les jets troposphériques (jet polaire et subtropical) aux niveaux moyens et élevés de l'atmosphère.