Fechar
Metadados

@PhDThesis{Portugal:2019:EsInSo,
               author = "Portugal, Williamary",
                title = "Estudo da influ{\^e}ncia solar e cosmog{\^e}nica na 
                         variabilidade da temperatura da superf{\'{\i}}cie terrestre",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2019",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2018-10-31",
             keywords = "raios c{\'o}smicos gal{\'a}cticos, atividade solar, 
                         rela{\c{c}}{\~a}o Sol - Terra, clima terrestre, temperatura da 
                         superf{\'{\i}}cie, galactic cosmic rays, solar activity, 
                         relation Sun - Earth, earth climate, surface temperature.",
             abstract = "Esta Tese de Doutorado apresenta um estudo sobre os 
                         poss{\'{\i}}veis efeitos da varia{\c{c}}{\~a}o do fluxo dos 
                         Raios C{\'o}smicos Gal{\'a}cticos (GCR), modulados pela 
                         atividade magn{\'e}tica solar, e consequentemente da 
                         ioniza{\c{c}}{\~a}o atmosf{\'e}rica induzida, em 
                         par{\^a}metros como a temperatura da superf{\'{\i}}cie 
                         terrestre, em diferentes faixas latitudinais e em diferentes 
                         escalas de tempo. Para tanto, o trabalho foi dividido em duas 
                         etapas. Na primeira etapa foram realizadas an{\'a}lises 
                         estat{\'{\i}}sticas da varia{\c{c}}{\~a}o da temperatura do ar 
                         pr{\'o}ximo {\`a} superf{\'{\i}}cie em diferentes regi{\~o}es 
                         latitudinais (baixa, m{\'e}dia e alta) em curta escala de tempo, 
                         durante per{\'{\i}}odos de decr{\'e}scimos transientes da 
                         ioniza{\c{c}}{\~a}o induzida pelos GCR na atmosfera terrestre. 
                         Estas redu{\c{c}}{\~o}es dos fluxos de GCR s{\~a}o chamadas de 
                         Decr{\'e}scimos de Forbush (FD), e s{\~a}o principalmente 
                         causadas pela deflex{\~a}o dos GCR devido a uma 
                         Eje{\c{c}}{\~a}o de Massa Coronal (CME) em torno da {\'o}rbita 
                         terrestre. O estudo foi realizado considerando a poss{\'{\i}}vel 
                         influ{\^e}ncia da ioniza{\c{c}}{\~a}o atmosf{\'e}rica 
                         cosmog{\^e}nica nos padr{\~o}es de condensa{\c{c}}{\~a}o do 
                         vapor d'{\'a}gua (conex{\~a}o GCR - n{\'u}cleo de 
                         condensa{\c{c}}{\~a}o de nuvens) como principal hip{\'o}tese a 
                         ser testada. A an{\'a}lise de {\'e}pocas superpostas em torno 
                         dos dez eventos de FD mais intensos ocorridos entre 1987 e 2015 
                         foi utilizada para investigar os poss{\'{\i}}veis efeitos dos 
                         GCR na temperatura do ar pr{\'o}xima {\`a} superf{\'{\i}}cie. 
                         Dados de GCR foram adquiridos do monitor de n{\^e}utrons de Oulu 
                         (cosmicrays.oulu.fi), e os dados de temperatura da 
                         superf{\'{\i}}cie adquiridos da Administra{\c{c}}{\~a}o 
                         Nacional Atmosf{\'e}rica Oce{\^a}nica (NOAA) / Sum{\'a}rio 
                         Di{\'a}rio Global da Superf{\'{\i}}cie (GSOD), de dez 
                         esta{\c{c}}{\~o}es meteorol{\'o}gicas de tr{\^e}s 
                         cintur{\~o}es latitudinais dos Hemisf{\'e}rios Norte e Sul (200 
                         - 300, 400 - 500 e 600 - 700), dispon{\'{\i}}vel em 
                         https://data.noaa.gov/dataset/global-surface-summary-of-the-day-gsod. 
                         Foi investigada aqui a varia{\c{c}}{\~a}o da m{\'e}dia 
                         di{\'a}ria da temperatura da superf{\'{\i}}cie durante os 
                         eventos de FD para cada um dos tr{\^e}s cintur{\~o}es 
                         latitudinais dos dois hemisf{\'e}rios. Os efeitos clim{\'a}ticos 
                         poss{\'{\i}}veis do decr{\'e}scimo de GCR foram considerados 
                         usando m{\'e}todos de correla{\c{c}}{\~a}o linear e cruzada. A 
                         compara{\c{c}}{\~a}o entre a m{\'e}dia di{\'a}ria da 
                         temperatura da superf{\'{\i}}cie durante os eventos de FD e 
                         equivalentes per{\'{\i}}odos sem FDs (durante m{\'{\i}}nimo 
                         solar dos anos de 1987, 1996 e 2008) tamb{\'e}m foi realizada e o 
                         teste de sua signific{\^a}ncia analisado por meio do m{\'e}todo 
                         estat{\'{\i}}stico de hip{\'o}tese e signific{\^a}ncia t de 
                         Student. Alguns resultados para o Hemisf{\'e}rio Norte, nessa 
                         primeira etapa, apresentaram uma depend{\^e}ncia latitudinal da 
                         ioniza{\c{c}}{\~a}o induzida pelos GCR nos par{\^a}metros 
                         atmosf{\'e}ricos. Foi poss{\'{\i}}vel notar no Hemisf{\'e}rio 
                         Norte a anti-correla{\c{c}}{\~a}o entre a temperatura m{\'e}dia 
                         da superf{\'{\i}}cie e o fluxo de GCR, aumentando das baixas 
                         para altas latitudes. No entanto, para o Hemisf{\'e}rio Sul, a 
                         anti-correla{\c{c}}{\~a}o entre esses dados foi encontrada 
                         somente para alta e m{\'e}dia latitudes, tamb{\'e}m com aumento 
                         em dire{\c{c}}{\~a}o ao polo. A partir desses resultados 
                         percebeu-se que o efeito de FD no clima da Terra {\'e} mais 
                         proeminente no Hemisf{\'e}rio Norte e que existe um aumento desse 
                         efeito com a latitude. Na segunda etapa, foi realizado um estudo 
                         de longas escalas de tempo referente aos poss{\'{\i}}veis 
                         efeitos dos GCR e consequentemente da variabilidade da 
                         ioniza{\c{c}}{\~a}o atmosf{\'e}rica induzida por essas 
                         part{\'{\i}}culas, modulada pela atividade x magn{\'e}tica 
                         solar, em par{\^a}metros atmosf{\'e}ricos como a temperatura da 
                         superf{\'{\i}}cie terrestre e da superf{\'{\i}}cie do oceano. 
                         Para tanto foram utilizados dados de Rz, F10.7 e de GCR, e de 
                         anomalias de temperatura da superf{\'{\i}}cie e de temperatura 
                         superf{\'{\i}}cie-oceano de diversas faixas latitudinais do 
                         globo (m{\'e}dia Global, m{\'e}dia do Hemisf{\'e}rio Norte, 
                         m{\'e}dia do Hemisf{\'e}rio Sul, 240 N - 240 S, 240 N - 440 N, 
                         440 N - 640 N, 640 N - 900 N, 240 S - 440 S, 440 S - 640 S, 640 S 
                         - 900 S). Al{\'e}m disso, tamb{\'e}m foram utilizados dados de 
                         SOI (Southern Oscilation Index - {\'{\I}}ndice de 
                         Oscila{\c{c}}{\~a}o Sul) e de QBO (Quasi Biennial Oscillation - 
                         Oscila{\c{c}}{\~a}o Quase Bianual) estratosf{\'e}rica para os 
                         n{\'{\i}}veis de press{\~a}o 30 hPa, 50 hPa e 70 hPa, para 
                         investigar qualquer influ{\^e}ncia no clima. Para as 
                         an{\'a}lises dos resultados obtidos nessa segunda etapa foram 
                         utilizados o m{\'e}todo de an{\'a}lise de ondeletas do tipo 
                         Meyer e o de an{\'a}lise espectral de regress{\~a}o iterativa de 
                         s{\'e}ries temporais (ARIST), na busca das periodicidades mais 
                         evidentes em todas as bandas decompostas, al{\'e}m da 
                         an{\'a}lise estat{\'{\i}}stica de correla{\c{c}}{\~a}o 
                         cruzada para verifica{\c{c}}{\~a}o da correla{\c{c}}{\~a}o e o 
                         tempo de resposta da influ{\^e}ncia de um dado no outro. Os 
                         resultados mostraram uma rela{\c{c}}{\~a}o positiva entre a 
                         temperatura da superf{\'{\i}}cie / superf{\'{\i}}cie - oceano 
                         e a atividade solar, e uma antirrela{\c{c}}{\~a}o desse 
                         par{\^a}metro clim{\'a}tico com o fluxo de GCR, que prevaleceu 
                         durante o ciclo de 22 anos. Como na an{\'a}lise de curta escala 
                         de tempo, nessa an{\'a}lise de longa escala temporal algumas 
                         diferen{\c{c}}as ocorreram entre as rela{\c{c}}{\~o}es dos 
                         dados do Hemisf{\'e}rio Norte e do Hemisf{\'e}rio Sul, 
                         refor{\c{c}}ando a ideia dos efeitos regionais. As periodicidades 
                         referentes aos ciclos solares (11 e 22 anos), {\`a} El Niņo 
                         Oscila{\c{c}}{\~a}o Sul (ENSO - El Niņo Southern Oscillation) de 
                         2 a 7 anos, {\`a} QBO estratosf{\'e}rica (2 - 3 anos) e aos 
                         per{\'{\i}}odos de varia{\c{c}}{\~a}o clim{\'a}tica como por 
                         exemplo o de 30 anos foram encontrados nos dados de anomalia de 
                         temperatura. A amplitude do sinal de 22 anos de atividade solar 
                         mostrou-se mais evidente que a de 11 anos e a da maioria dos 
                         outros sinais na an{\'a}lise espectral da anomalia da 
                         temperatura. Com todas as an{\'a}lises e resultados aqui 
                         presentes, esse estudo trouxe {\`a} tona uma complexa 
                         rela{\c{c}}{\~a}o clim{\'a}tica, com fatores que variam no 
                         tempo e no espa{\c{c}}o e que portanto, podem interferir no 
                         tempo/clima terrestre de modo regional de acordo com a escala de 
                         tempo estudada. Portanto, faz-se necess{\'a}rio uma constante 
                         investiga{\c{c}}{\~a}o para que se chegue a um entendimento mais 
                         completo dessa rela{\c{c}}{\~a}o, levando {\`a} 
                         compreens{\~a}o de como de fato tem ocorrido a 
                         evolu{\c{c}}{\~a}o da vida na Terra. Isso tamb{\'e}m 
                         auxiliar{\'a} para a previs{\~o}es de determinadas 
                         situa{\c{c}}{\~o}es clim{\'a}ticas extremas, das quais as 
                         consequ{\^e}ncias, que interferem diretamente em todas as formas 
                         de vida, podem vir a serem ao menos minimizadas. ABSTRACT: This 
                         Doctorade Thesis presents a study about the possible effects of 
                         Galactic Cosmic Rays (GCR) flux variation on the atmospheric 
                         parameters, like the Earth's surface temperature, in different 
                         latitudinal ranges and time scales. In order to conduct, the work 
                         was performed in two phases. In the first one statistical analyzes 
                         of near ground air temperature variation in different latitudinal 
                         ranges (low, medium and high) in a short time scale were done 
                         during periods with decreases of atmospheric ionization induced by 
                         GCR on the Earths troposphere. These GCR flux reductions are 
                         called Forbush Decreases (FD). They are mainly caused by 
                         Interplanetary Coronal Mass Ejections (ICMEs) deflection of GCR 
                         around Earth's orbit. This work was performed considering the 
                         possible influence of the cosmogenic atmospheric ionization on the 
                         water vapor condensation patterns (link GCR cloud condensation 
                         nuclei) as the main hypothesis to be tested. The superposed epoch 
                         analysis around the ten strongest FD events occurred between 1987 
                         and 2015 was used to analyze the possible effects on the daily air 
                         surface temperature. The GCR data were collected from Oulu neutron 
                         monitor (cosmicrays.oulu.fi), and daily air surface temperature 
                         data were obtained from National Oceanic Atmospheric 
                         Administration (NOAA) / Global Surface Summary of the Day (GSOD), 
                         of ten meteorological stations of three latitudinal ranges of 
                         Northern and Southern Hemispheres (200 - 300, 400 - 500 and 600 - 
                         700), found in 
                         (https://data.noaa.gov/dataset/global-surface-summary-of-the-day-gsod). 
                         It was investigated here the variation of the daily air surface 
                         temperature mean during FD for each one of the three latitudinal 
                         ranges (low, medium and high). The possible climatic effects of 
                         GCR decrease were investigated using linear and cross correlation 
                         methods. A comparison between the daily air surface temperature 
                         averages during FD events periods and equivalent periods without 
                         FDs (during solar minima years of 1987, 1996 and 2008) was also 
                         performed and its statistical signaificance was analyzes by 
                         Student's t test. Some results for the Northern Hemisphere, in 
                         this first phase, showed a latitudinal dependence of the induced 
                         ionization by GCR on the atmospheric parameters. It was possible 
                         to note the anti correlation between the air surface temperature 
                         mean and the GCR flux, increasing from low to high latitudes. 
                         However, for the Southern Hemisphere, the anti correlation between 
                         those data was only found for the high and medium latitudes, also 
                         with a poleward increase. From these results it seems that the 
                         possible FD effect on climate/weather is more prominent in the 
                         Northern Hemisphere and that there are increases with latitude. In 
                         the second phase, it was performed a long time scale study related 
                         xii to the possible GCR effects and consequently to the solar 
                         activity variability effects on the Earth's surface and ocean 
                         temperature. For these analyzes were adquired Rz, F10.7 and GCR 
                         data, and surface and surface - ocean temperature anomaly from 
                         several global latitudinal ranges (Global medium, Northern 
                         Hemisphere average, Southern Hemisphere average, 240 N - 240 S, 
                         240 N - 440 N, 440 N - 640 N, 640 N - 900 N, 240 S - 440 S, 440 S 
                         - 640 S, 640 S - 900 S). It was also adquired SOI (Southern 
                         Oscilation Index - {\'{\I}}ndice de Oscila{\c{c}}{\~a}o Sul) 
                         and stratopheric QBO (Quasi Biennial Oscillation) data on the 
                         pressure levels 30 hPa, 50 hPa and 70 hPa to investigate any 
                         influence on the climate. To the analyzes of the results obtained 
                         in this second phase, it was used Meyer wavelet and after the 
                         Iterative Regression Analysis methods to found the periodicities 
                         more evidents in all decomposed bands. Other statistical methods 
                         were used like cross correlation. The results showed a positive 
                         relation between the surface temperature / surface - ocean 
                         temperature and the solar activity, and a anti correlation with 
                         the GCR flux, better for the 22 cycle. In this analyzes, like in 
                         the short time scale analyzes, some differences were seen between 
                         the results from Northern and Southern Hemispheres, suggesting the 
                         regional effects. The periodicities related to the solar cycles 
                         (11 and 22 years), to the El Niņo Southern Oscillation (ENSO) from 
                         2 to 7 anos and to the stratospheric QBO (2 - 3 anos) were found 
                         on the temperatute anomaly data. The amplitude of 22 years of the 
                         solar activity was more evident than the 11 years amplitude and 
                         than others signals of the temperature anomaly spectral analyzes. 
                         With all analyzes and results here present, it was possible to see 
                         a complex climatic relation with factors that vary on the time and 
                         space. These factors can influence on the Earth climate / weather 
                         according a regional place and a time scale studied. However, it 
                         is necessary a constant investigation to a full understanding of 
                         this relation to better understand how had occured the evolution 
                         of the life on the Earth. This understanding will help too the 
                         forecast of extreme climatic situations of which the consequences, 
                         that interfere directly in all life forms, can be at least 
                         minimized.",
            committee = "Alves, Maria Virginia (presidente) and Echer, Ezequiel 
                         (orientador) and Echer, Mariza de Souza Pereira (orientadora) and 
                         Pacini, Alessandra Abe (orientadora) and Silva, Marlos Rockenbach 
                         da and Batista, Paulo Prado and Martins, Fernando Ramos and 
                         Prestes, Alan",
         englishtitle = "Study of the solar and cosmogenic influence on the earth's surface 
                         temperature variability",
             language = "pt",
                pages = "371",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3RT3338",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3RT3338",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "24 nov. 2020"
}


Fechar