Origem da precipitação do Rio Grande do Sul a partir da composição isotópica

Abstract

O interesse no tempo e na variabilidade do clima do Sul do Brasil, em particular do Rio Grande do Sul (RS), destaque-se por ser naturalmente influenciado pelas regiões Amazônica e Antártica. Com base nesta premissa, o objetivo desta dissertação é determinar a origem da precipitação a partir da composição isotópica de amostras coletadas em Porto Alegre - RS no período de janeiro de 2016 e dezembro de 2017. Primeiramente foram coletadas amostras mensais e de eventos individuais de precipitação entre janeiro de 2016 e dezembro de 2017 em coletor modelo Palmex Rain Sampler RS1 instalado no Centro Polar e Climático (CPC) no Campus do Vale da UFRGS. Esta amostragem foi submetida à Espectroscopia por Tempo de Decaimento a fim de medir a δ18O das amostras. Esta técnica foi escolhida por ser pouco explorada com esse objetivo no Brasil. Ainda, esses dados foram relacionados aos dados históricos (1965 a 1983) disponibilizados pela Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). Posteriormente foram relacionados dados de δ18O (precipitação) no RS com a assinatura de δ18O conhecida de diferentes áreas fontes de massas de ar (tropical e polar) e determinados os valores da razão isotópica de oxigênio (δ18O) na precipitação normal, extrema e mensal no RS. Identificou-se as massas de ar responsáveis pela assinatura de δ18O na precipitação mensal no RS pela análise dos campos da circulação atmosférica em 925 e 850 hPa da América do Sul. O ambiente atmosférico dos eventos foi observado em campos médios e de anomalias do vetor vento e temperatura média mensal em 925 e 850 hPa, gerados com dados do National Center for Environmental Prediction (NCEP) e do Climate Forecast System Reanalysis (CFSR). Para complementar a análise realizada, foram obtidos o volume de precipitação (PP) e a Temperatura Média Mensal (TMM) do período de amostragem do banco de dados fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). De acordo com os resultados foi possível verificar que os valores de δ18O da precipitação coletada e analisada no CPC apresentam grandezas similares aos valores mensais de δ18O obtidos pelo IAEA entre 1965 e 1983, em Porto Alegre. Contata-se que a ocorrência de eventos extremos de precipitação podem influenciar os valores mensais de δ18O, apresentando depleção em relação aos valores medidos pela IAEA, sendo que esses eventos influenciam na razão isotópica e no volume. Nos meses de janeiro, fevereiro e setembro de 2016, foi observada considerável depleção dos valores de δ18O, -73,7%, -30,8% e -56,5%, respectivamente, do período estudado. Já os campos médios e de anomalias do vetor vento mensal em 850 hPa (janeiro de 2016 a dezembro de 2017) permitiram identificar a origem das massas de ar responsáveis por variações importantes nos valores de δ18O. Os eventos dos meses de janeiro (29/01) e fevereiro (02/02) de 2016 apresentaram características marcadas de influência de massa de ar antártica no registro do δ18O. No evento de setembro 2016 (26/09) o oposto foi observado, com marcada influência de massa de ar da Amazônia, valor mais enriquecido no δ18O de todo o período estudado. Os valores de δ18O, janeiro de 2016 a dezembro de 2017, apresentaram-se mais enriquecidos nas estações de inverno e primavera e mais empobrecidos no verão e no outono.

The interest in the weather and climate variability of southern Brazil, particularly in Rio Grande do Sul (RS), stands out because it is naturally influenced by the Amazon and Antarctic regions. Based on this premise, the objective of this dissertation is to determine the precipitation origin from the isotopic composition of samples collected in Porto Alegre - RS from January 2016 to December 2017. First, monthly samples and individual precipitation events were collected between January 2016 and December 2017 in Palmex Rain Sampler RS1 collector installed at the Centro Polar e Climático (CPC) at the Campus do Vale – Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). This sampling was submitted to Decay Time Spectroscopy to measure the δ18O of the samples. This technique was chosen because it is little explored for this purpose in Brazil. Also, these samples were related to historical data (1965 to 1983) made available by the International Atomic Energy Agency (IAEA). Afterwards, δ18O (precipitation) data were recorded in the RS with the δ18O signature known from different sources of air masses (tropical and polar) and the oxygen isotope ratio (δ18O) values were determined in normal, extreme and monthly precipitation in the RS. It was identified the air masses responsible for the signing of δ18O in the monthly precipitation in the RS by the analysis of atmospheric circulation fields in 925 and 850 hPa of South America. The atmospheric environment of the events were observed in mean and anomaly fields of the wind vector and average monthly temperature in 925 and 850 hPa, generated with data from the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the Climate Forecast System Reanalysis (CFSR). In order to complement the analysis, the precipitation volume (PP) and the Average Monthly Temperature (TMM) of the sampling period were obtained from the National Institute of Meteorology (INMET) database. According to the results it was possible to verify that the values of δ18O of the precipitation collected and analyzed in the CPC present similar values to the monthly values of δ18O obtained by the IAEA between 1965 and 1983, in Porto Alegre. The occurrence of extreme precipitation events can influence the monthly values of δ18O, presenting depletion in relation to the values measured by the IAEA, and these events influence the isotope ratio and the volume. In the months of January, February and September 2016, there was a considerable depletion of δ18O, --73.7%, -30.8% and -56.5%, respectively, of the studied period. On the other hand, the mean wind and anomaly fields of the monthly wind vector at 850 hPa (January 2016 to December 2017) allowed us to identify the origin of the air masses responsible for important variations in the δ18O values. The events of the months of January (01/29) and February (02/02) of 2016 had marked characteristics of influence of Antarctic air mass in the record of δ18O. In the event of September 2016 (September 26), the opposite was observed, with a marked influence of the Amazonian air mass, the most enriched value in the δ18O of the whole study period. The δ18O values, from January 2016 to December 2017, were more enriched in the winter and spring seasons and more impoverished in summer and autumn.