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Metadados

@PhDThesis{Pinheiro:2018:ClStEn,
               author = "Pinheiro, Henri Rossi",
                title = "Cut-off lows in the Southern Hemisphere: climatology, structure 
                         and energetics",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2018",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2018-09-18",
             keywords = "Cut-off low, objective identification, reanalysis, climatology, 
                         vertical structure, v{\'o}rtice cicl{\^o}nicos de altos 
                         n{\'{\i}}veis, identifica{\c{c}}{\~a}o objetiva, 
                         rean{\'a}lises, climatologia, estrutura vertical, 
                         energ{\'e}tica.",
             abstract = "Annually, subtropical regions are exposed to stormy conditions 
                         caused by mid-upper level cold lows, known as Cut-off Lows (COLs), 
                         a weather system that bring heavy rainfall and flooding in 
                         different parts of the world. It is therefore very important to 
                         understand where and how COLs form, and which factors control 
                         their development. In this thesis, the objective tracking 
                         algorithm, TRACK, is used with different methodologies to study 
                         the COLs in the Southern Hemisphere (SH) with the focus on their 
                         climatology, structure and energetics. The hemispheric 
                         distribution of COLs is obtained by using both vorticity and 
                         geopotential at 300 hPa. This analysis confirms that the peak 
                         activity occurs around the main continents: Australia, South 
                         America and southern Africa. A comparison of COLs between five 
                         different reanalysis products indicates significant improvements 
                         in the agreement between the newer reanalyses ERAI, NCEP-CFSR, 
                         MERRA-2, and JRA-55 compared to the older JRA-25, particularly 
                         with respect to location and intensity. Different features of the 
                         threedimensional structure of COLs are identified through the 
                         composites of the strongest systems, such as the symmetrical 
                         circulation at upper levels and the baroclinic zones across the 
                         edges of the cold core (400-500 hPa) and the warm core (~100 hPa). 
                         Results indicate that the upper-level fronts propagate downstream 
                         throughout the COL life cycle. As a result of the COL formation, 
                         large amounts of stratospheric air are introduced into the 
                         troposphere, modifying the vertical distribution of potential 
                         vorticity and ozone. The precipitation in COLs varies widely 
                         according to the life cycle, reaching a peak 24 hours after the 
                         maximum intensity in vorticity. There is a clear association 
                         between the medium and high cloud cover and precipitation, where 
                         maximum values are found east of the COL centre due to moist 
                         uplift at middle levels and strong divergence at upper levels. The 
                         possible link between intensity/moisture and precipitation 
                         associated with COLs suggests that moisture is important for 
                         controlling the areal coverage of precipitation, while intensity 
                         affects the magnitude of precipitation. The largest precipitation 
                         zones are found for the summer and autumn COLs, though winter and 
                         spring have the strongest COLs. Results confirm earlier findings 
                         that deeper COLs cause more precipitation than shallower COLs. A 
                         new method is proposed to estimate the COL vertical depth, 
                         indicating that COLs are relatively deep in Australia and 
                         southwestern Pacific, where more than 30% of the total number 
                         extend vertically toward the surface. A similar structure was 
                         found for the COLs occurring east of the Andes, where the mountain 
                         effect may contribute to the COL deepening, and the moisture and 
                         heat transport from the Amazon region increasing the 
                         precipitation. The ageostrophic flux convergence (AFC) together 
                         with the baroclinic (BRC) conversion are found to be the primary 
                         mechanisms for the COL development. The AFC is important for the 
                         formation and intensification of the COL, while the BRC conversion 
                         is important to maintain the system. The dissipation of the COLs 
                         occurs due to dispersive fluxes together with other processes such 
                         as friction and latent heat release. The barotropic (BRT) 
                         conversion act to transfer Eddy kinetic energy to zonal flow 
                         kinetic energy during the growth phase, but this is not enough to 
                         prevent the COL intensification. Results show that the COLs 
                         originating in the lee side of the Andes are deeper due to local 
                         effects, which enhance the vertical motion and the system is 
                         intensified mostly due to BRC conversion. RESUMO: Ao longo do ano, 
                         regi{\~o}es subtropicais est{\~a}o sujeitas a tempestades 
                         causadas por baixas frias na troposfera m{\'e}dia e alta, 
                         conhecidas por V{\'o}rtice Cicl{\^o}nicos de Altos 
                         N{\'{\i}}veis (VCANs), um sistema sin{\'o}tico respons{\'a}vel 
                         por provocar chuvas fortes e enchentes em diversas partes do 
                         mundo. Portanto, {\'e} importante entender onde e como os VCANs 
                         se formam, e quais s{\~a}o os fatores que controlam o 
                         desenvolvimento destes sistemas. Nesta tese, um algoritmo de 
                         identifica{\c{c}}{\~a}o objetiva de trajet{\'o}rias, conhecido 
                         como TRACK, {\'e} usado com diferentes metodologias para estudar 
                         os VCANs no Hemisf{\'e}rio Sul (HS), com {\^e}nfase em aspectos 
                         relacionados com a climatologia, estrutura e energ{\'e}tica. A 
                         distribui{\c{c}}{\~a}o espacial dos VCANs no HS {\'e} obtida 
                         usando os campos de vorticidade e geopotencial em 300 hPa. Esta 
                         distribui{\c{c}}{\~a}o confirma que o pico de atividade ocorre 
                         ao redor das principais {\'a}reas continentais: Austr{\'a}lia, 
                         Am{\'e}rica do Sul e sul da {\'A}frica. Uma 
                         compara{\c{c}}{\~a}o dos VCANs entre cinco diferentes produtos 
                         de rean{\'a}lises indica um significativo avan{\c{c}}o em 
                         rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} concord{\^a}ncia entre as novas 
                         rean{\'a}lises ERAI, NCEPCFSR, MERRA-2 e JRA-55 em 
                         compara{\c{c}}{\~a}o {\`a} rean{\'a}lise mais antiga JRA-25, 
                         principalmente em rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} 
                         localiza{\c{c}}{\~a}o e intensidade dos VCANs. Diferentes 
                         caracter{\'{\i}}sticas da estrutura tridimensional dos VCANs 
                         s{\~a}o identificadas atrav{\'e}s dos compostos dos VCANs mais 
                         intensos, mostrando uma circula{\c{c}}{\~a}o assim{\'e}trica em 
                         altos n{\'{\i}}veis e zonas barocl{\'{\i}}nicas atrav{\'e}s 
                         das bordas do n{\'u}cleo frio (400-500 hPa) e do n{\'u}cleo 
                         quente (~100 hPa). Resultados indicam que as frentes em ar 
                         superior se propagam corrente abaixo atrav{\'e}s do ciclo de vida 
                         dos VCANs. Como resultado da forma{\c{c}}{\~a}o dos VCANs, 
                         elevadas concentra{\c{c}}{\~o}es de ar estratosf{\'e}rico 
                         s{\~a}o introduzidas para o interior da troposfera, modificando a 
                         distribui{\c{c}}{\~a}o vertical da vorticidade potencial e do 
                         oz{\^o}nio. A precipita{\c{c}}{\~a}o nos VCANs varia bastante 
                         ao longo do ciclo de vida, alcan{\c{c}}ando um pico 24 horas 
                         ap{\'o}s a m{\'a}xima intensidade dos VCANs, medida na 
                         vorticidade. H{\'a} uma n{\'{\i}}tida associa{\c{c}}{\~a}o 
                         entre a distribui{\c{c}}{\~a}o espacial de nuvens altas e 
                         m{\'e}dias e a precipita{\c{c}}{\~a}o, onde os m{\'a}ximos 
                         valores s{\~a}o encontrados a leste do centro do VCAN, devido ao 
                         ar {\'u}mido ascendente em n{\'{\i}}veis m{\'e}dios e {\`a} 
                         forte diverg{\^e}ncia em altos n{\'{\i}}veis. Uma 
                         poss{\'{\i}}vel conex{\~a}o entre a intensidade/umidade e a 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o associada aos VCANs sugere que a umidade 
                         {\'e} importante para controlar a {\'a}rea de abrang{\^e}ncia 
                         da precipita{\c{c}}{\~a}o, enquanto que a intensidade afeta a 
                         magnitude da precipita{\c{c}}{\~a}o. As zonas mais extensas de 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o est{\~a}o associadas aos VCANs que 
                         ocorrem no outono e ver{\~a}o, enquanto que o inverno e a 
                         primavera apresentam os VCANs mais intensos. Os resultados deste 
                         estudo confirmam a forte associa{\c{c}}{\~a}o entre a 
                         profundidade do VCAN e a precipita{\c{c}}{\~a}o associada, 
                         indicando que os VCANs mais profundos produzem mais 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o em rela{\c{c}}{\~a}o aos VCANs 
                         confinados na troposfera alta. Um novo m{\'e}todo foi 
                         implementado para estimar a profundidade vertical dos VCAN. Esta 
                         an{\'a}lise mostra que os VCANs s{\~a}o mais profundos na 
                         Austr{\'a}lia e setor oeste do Oceano Pac{\'{\i}}fico Sul, onde 
                         mais de 30% do n{\'u}mero total se estendem verticalmente 
                         at{\'e} a superf{\'{\i}}cie. Uma estrutura semelhante foi 
                         observada nos VCANs que atuam a leste da Cordilheira dos Andes, 
                         onde o efeito montanha pode contribuir para o aprofundamento do 
                         sistema, e o transporte de calor e umidade da regi{\~a}o 
                         Amaz{\^o}nica para o aumento da precipita{\c{c}}{\~a}o. A 
                         converg{\^e}ncia do fluxo ageostr{\'o}fico (AFC termo em 
                         ingl{\^e}s) junto com a convers{\~a}o barocl{\'{\i}}nica xiv 
                         (BRC) constituem os mecanismos mais importantes para o 
                         desenvolvimento dos VCANs. A AFC desempenha um papel importante 
                         para a forma{\c{c}}{\~a}o e intensifica{\c{c}}{\~a}o dos 
                         VCANs, enquanto que a convers{\~a}o BRC {\'e} fundamental para a 
                         manuten{\c{c}}{\~a}o dos VCANs. A dissipa{\c{c}}{\~a}o dos 
                         VCANs ocorre devido aos fluxos dispersivos e a outros processos 
                         como o atrito e a libera{\c{c}}{\~a}o de calor latente 
                         pr{\'o}ximo ao centro dos VCANs. A convers{\~a}o 
                         barotr{\'o}pica (BRT) atua transferindo energia cin{\'e}tica da 
                         perturba{\c{c}}{\~a}o para o estado b{\'a}sico durante a fase 
                         de crescimento dos VCANs, embora esse mecanismo n{\~a}o seja 
                         suficiente para evitar a intensifica{\c{c}}{\~a}o dos VCANs. Os 
                         resultados mostram que os VCANs que se originam a sotavento dos 
                         Andes s{\~a}o mais profundos devido {\`a} a{\c{c}}{\~a}o de 
                         efeitos locais, que aceleram os movimentos verticais e o sistema 
                         {\'e} intensificado atrav{\'e}s da convers{\~a}o BRC.",
            committee = "Arav{\'e}quia, Jos{\'e} Antonio (presidente) and Hodges, Kevin 
                         Ivan (orientador) and Gan, Manoel Alonso (orientador) and Juan 
                         Escobar, Gustavo Carlos and Ambrizzi, Tercio and Dias, Pedro Leite 
                         da Silva",
         englishtitle = "V{\'o}rtices cicl{\^o}nicos de altos n{\'{\i}}veis: 
                         climatologia, estrutura e energ{\'e}tica",
             language = "en",
                pages = "239",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3RNJCL8",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3RNJCL8",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "04 dez. 2020"
}


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