Analysis of south hemisphere temperature anomalies over the last millennium up to the beginning of the contemporary age: a comparison between a statistical model and a global dynamic model

We analyze the consistency of the coupled atmosphere-ocean GISS-ER climate model in reproducing South American temperature anomalies over the last millennium. For that purpose, we compare the model results with the Neukom’s temperature anomaly reconstruction provided by a statistical model that uses multiproxy data and climatological temperature anomalies. Specifically, we examine temperature anomalies for summer and winter of a 6-member ensemble of the GISS-ER model with 1× solar forcing and 2× solar forcing, calculated for the period 1000-1899. Using the Neukom’s reconstructions and the model outputs, we calculate the summer mean anomalies of the period 1001-1700 (a period that includes Medieval Climate Anomaly -MCA- and Little Ice Age -LIA-), and winter mean anomalies of the period 1706-1800 (a period that includes the pre-industrial period). These mean anomalies are subtracted from Neukom’s reconstructions defining the reconstructions wrt 1001-1700 (summer) and wrt 1706-1800 (summer and winter). In general, the model is not very consistent with the reconstructions, since the model’s mean and spread show very small interannual variability in contrast to what the reconstructions exhibit, and often with anomalies of opposite sign. In the period 1001-1700, the model presents, on average, negative temperature anomalies for the 1× and 2× forcing. In the period 1706-1800, the model displays positive anomalies for summer and negative anomalies for winter for the 1× and 2× forcing. In particular, the anomaly that better reproduces the sign of the reconstructions is that wrt 1001-1700 with 1× forcing and for summer. The model has an error of only 33% in reproducing the sign of the anomalies, in comparison to the Neukom’s reconstruction for the same reference period. The model’s anomaly wrt 1001-1700 with 1× forcing for summer also reproduces the MCA and LIA’s sign of the reconstruction. The MCA’s sign is reproduced in almost 75% of the comparisons, and the LIA’s sign in more than 73% of the comparisons with the reconstruction, indicating that the model can represent this important anomalies.Fil: Muller, Gabriela Viviana. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Rabelo Da Rocha Repinaldo, Cintia. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; Argentin

Comparison between circulation patterns associated to frost events in the humid pampa in climatic settings related with the experiments CMIP3 and CMIP5 of the GFDL model

El propósito de este estudio es investigar los cambios en la circulación atmosférica asociados a eventos de heladas en la Pampa Húmeda (PH) en el clima futuro para los escenarios más críticos proyectados por el modelo acoplado oceano-atmósfera GFDL. Se emplea el modelo GFDL en sus dos versiones (GFDL-CM2 para el CMIP3 y GFDL-CM3 para el CMIP5). Se analiza la capacidad del modelo para simular los cinco eventos extremos más fríos en el clima presente (1961-1990), respecto de los obtenidos en el reanálisis del NCEP/NCAR. Luego se comparan las simulaciones del clima futuro (2081-2100) con las del presente. En el experimento CMIP3 del clima presente el modelo muestra una mayor penetración de la isoterma de 0°C en 850 hPa, con anomalías de temperatura negativas más intensas que las del NCEP. El anticiclón pos frontal se observa más extendido meridionalmente sobre el continente, con valores de anomalías similares principalmente en la Pampa Húmeda. El gradiente de presión entre la alta y la baja corriente abajo, provoca un flujo de aire frio del sur más intenso en 850 hPa que en el reanálisis, propiciando heladas del tipo advectivas en la región de estudio. En el clima futuro el modelo proyecta una menor incursión de la isoterma de 0°C y con anomalías negativas de temperatura más pequeñas. El máximo del anticiclón en el futuro se localiza más al norte que en el presente, propiciando heladas del tipo radiativas. En el campo de altura, el jet subtropical se presenta más zonal y con intensidades ligeramente mayores que en las simulaciones del clima presente. Para el experimento CMIP5 en el clima presente el modelo logra simular la incursión de la isoterma de 0°C, pero la anomalía de temperatura es mayor que en el reanálisis. El campo de presión presenta similares características que en el experimento de CMIP3, pero con anomalías más intensas al sur del continente. En el escenario futuro el modelo proyecta la incursión de la isoterma de 0°C, así como la anomalía negativa de temperatura, similares al presente. El anticiclón pos frontal se localiza más al norte, sobrestimando tanto su valor así como su anomalía en la PH. El campo de viento no muestra diferencias respecto del presente. En suma, comparando los dos experimentos, el de CMIP3 en el futuro muestra importantes cambios respecto al presente, lo que no ocurre en el CMIP5. Esos cambios se ven principalmente en el campo de presión, donde para el CMIP3 (CMIP5) las heladas tipo radiativas (advectivas) serían las favorecidas en la Pampa Húmeda debido a la posición del anticiclónThe purpose of this study is to investigate the change in the atmospheric circulation associated with frost events in the Wet Pampa (WP) in the future climate for the most critical scenarios projected by the GFDL oceanatmosphere coupled model. Two versions of the GFDL model are used, the GFDL-CM2 for CMIP3 and GFDL-CM3 for CMIP5. We analyze the model capability to simulate the five most extreme cold events in the present climate (1961-1990), with respect to those obtained with the NCEP/NCAR Reanalysis. Then, we compare the future climate simulations (2081-2100) with the model simulation for the present climate. For the present climate the CMIP3 experiment presents more penetration of the 0°C isotherm in 850 hPa, intensifying the negative temperature anomalies in comparison to the reanalysis. The postfrontal anticyclone is more meridionally extended over the continent, with similar anomalies to those of the reanalysis, mainly over WP. The gradient between the high pressure and the low pressure downwind creates a more intense southerly cold airflow at 850 hPa than the reanalysis, giving place to advective frosts in the studied region. For the future climate, the model projects less penetration of the 0°C isotherm and less intense negative temperature anomalies. The anticyclone maximum is located further north than in the present climate, propitiating radiative frosts. In the upper levels, the subtropical jet shows a more zonally layout and slightly higher intensity than in the present climate simulations. For the present climate the CMIP5 experiment simulates well the incursion of the 0°C isotherm, although with a more intense temperature anomaly in comparison to the reanalysis. The pressure field presents similar characteristics to those shown in the CMIP3 experiment, but with larger anomalies in the southern part of the continent. For the future scenario, the model projects the 0°C isotherm incursion as well as the negative temperature anomalies similar to the present. The post frontal anticyclone is located further north, overestimating its value and the anomaly over WP. The wind field is similar to the present simulation. Summarizing the results of both experiments, the future projections with CMIP3 show significant changes with respect to the present, which is not the case with the CMIP5 experiment. These changes are mainly reflected in the pressure field, in which the position of the anticyclone in CMIP3 (CMIP5) would favor radiative (advective) frosts over WP.Fil: Muller, Gabriela Viviana. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Rabelo Da Rocha Repinaldo, Cintia. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Araneo, Diego Christian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Provincia de Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales; ArgentinaFil: Andrade, Kelen. Centro de Previsao de Tempo e Estudos Climáticos. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais; Brasi

Patrones atmosféricos simulados en el clima presente y futuro asociados al descenso de temperatura en el sudeste de Sudamerica

The atmospheric features associated with extreme cold events, identified by the temperature drop in the winter, in three regions of southeastern South America are analyzed with reanalysis data from NCEP / NCAR as well as simulations of the coupled ocean-atmosphere HadCM3 and GFDL-CM2.0 models for the present and CMIP3 A2 future scenario. In the present climate, GFDL-CM2.0 represents better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and10°C isotherms. For the future climate, GFDL-CM2.0 projects weakening of temperature anomalies and lower advance of the extreme events of temperature drop in direction to the Equator, while the HadCM3 projection also indicates lower latitudinal range, but in general, higher intensity of these events.Las características atmosféricas asociadas a eventos extremos fríos, identificados a partir del descenso de la temperatura en el invierno en tres regiones en el sudeste de Sudamérica, son analizadas con datos de reanálisis NCEP/NCAR y simulaciones de los modelos HadCM3 y GFDL-CM2.0 en la versión acoplada océano-atmósfera, para el clima presente y el escenario futuro más crítico A2 del CMIP3. Para las simulaciones del clima presente, el modelo que mejor representó las características observadas en el conjunto del reanálisis fue el GFDL-CM2.0,  presentándose más coherente con relación a las posiciones de las altas pos frontales y de las isotermas de 0°C y 10°C. Para el futuro, el modelo GFDL-CM2.0 proyecta un debilitamiento de las anomalías negativas de temperatura y los eventos extremos de caída de temperatura con menos avance en dirección al Ecuador, mientras que, según el modelo HadCM3, la simulación para el futuro también apunta hacia una menor proyección con dirección al Ecuador pero, en general, a eventos más intensos

Future projections of extreme cold events in southeastern southamerica as reproduced by HadCM3 model

Las simulaciones del modelo HadCM3 fueron de las primeras disponibles para el análisis de proyecciones futuras, reflejándose en la literatura que describe principalmente variables de temperatura y precipitación para Sudamérica. El objetivo de ese trabajo es investigar los cambios en la circulación atmosférica en el sudeste de Sudamérica asociada a eventos extremos fríos, en el escenario de emisiones futuras más crítico denominado A2, para el periodo 2081-2100 respecto a un periodo climatológico de referencia 1961-1990, considerando el modelo HadCM3 y los datos del reanálisis NCEP/NCAR. A partir de la temperatura media diaria en 850 hPa, se identifican los eventos de temperatura negativa para los meses de mayo a septiembre, componiéndose los cinco eventos más extremos para tres áreas que incluyen la Pampa Húmeda (área 1), Uruguay y sur de Brasil (área 2), la parte oriental de Paraguay, norte de Argentina y sur de Brasil (área 3).Los patrones de circulación son analizados tanto para el reanálisis como para las simulaciones en el clima presente y futuro. Los resultados muestran para el clima presente que el modelo simula la incursión de las isotermas de 0°C más al norte respecto del reanálisis, a excepción del área 3 que limita con los trópicos, con anomalías negativas de temperatura más intensas y más extensas en términos latitudinales. A pesar que las configuraciones de los campos de presión sean similaresal reanálisis, se aprecia una mayor penetración del anticiclón continental, a excepción del área 3, con una intensificación de las anomalías en las respectivas áreas. El modelo también tiende a simular una componente de viento del sur más intensa en 850 hPa y captura la profunda vaguada sobre el continente en niveles altos con el jet subtropical bien configurado, típico de estos eventos extremos. En el escenario futuro, el modelo no proyecta eventos extremos de temperatura por debajo de 0°C para el área 3, restringiendo la incursión de la isoterma de 0° C a latitudes más al sur en las otras dos áreas respecto a la simulación en el clima presente, en concordancia con el aumento de temperatura media que el modelo proyecta para Sudamérica.The simulations with the HadCM3 model were among the first available to analyze future projections. This is reflected in the literature, which mainly describes the variables temperature and precipitation for South America. The aim of this paper is to investigate the changes in the atmospheric circulation over southeastern South America associated to extreme cold events in the most critical future emission scenario A2 for the period 2081-2100, with respect to the climatological reference period 1961-1990. To do that the HadCM3 model is used as well as the NCEP/NCAR reanalysis. Were identified the five most extreme events of daily mean negative temperature in 850 hPa from May to September over three areas: Wet Pampa (area 1), Uruguay and southern Brazil (area 2), eastern Paraguay, northern Argentina and southern Brazil (area 3). The obtained circulation patterns are analyzed in both, the reanalysis and the HadCM3 simulations of the present and future climate. In the present climate, with the exception of the area 3 that borders the tropics, the model simulates a more extended northward incursion of the 0oC isotherm than the reanalysis. It also shows more intense negative temperature anomalies, which have more latitudinal extension. Despite the fact that the configurations of the pressure fields are similar to that of the reanalysis, except for the area 3, a further inland penetration of the continental anticyclone is appreciated, with an intensification of the anomalies over the respective areas. The model also tends to simulate a more intense 850 hPa southerly wind component, capturing the high level deep trough over the continent and displaying a properly configured subtropical jet, which is typical of these extreme events. In the future scenario, the model does not project extreme cold events of below 0oC temperatures for area 3. The model also restricts the incursion of the 0oC isotherm to more southerly latitudes in the other two areas with respect to the simulation of the present climate. These facts are consistent with the mean temperature increase projected by the model for South America.Fil: Müller, Gabriela V.. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Rabelo Da Rocha Repinaldo, Cintia. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Andrade, Kelen M.. Centro de Previsao de Tempo e Estudos Climáticos. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais; BrasilFil: Cavalcanti, Iracema F. A.. Centro de Previsao de Tempo e Estudos Climáticos. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais; Brasi

Patrones atmosféricos simulados en el clima presente y futuro asociados al descenso de temperatura en el sudeste de Sudamerica

The atmospheric features associated with extreme cold events, identified by the temperature drop in the winter, in three regions of southeastern South America are analyzed with reanalysis data from NCEP / NCAR as well as simulations of the coupled ocean-atmosphere HadCM3 and GFDL-CM2.0 models for the present and CMIP3 A2 future scenario. In the present climate, GFDL-CM2.0 represents better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and10°C isotherms. For the future climate, GFDL-CM2.0 projects weakening of temperature anomalies and lower advance of the extreme events of temperature drop in direction to the Equator, while the HadCM3 projection also indicates lower latitudinal range, but in general, higher intensity of these events.Las características atmosféricas asociadas a eventos extremos fríos, identificados a partir del descenso de la temperatura en el invierno en tres regiones en el sudeste de Sudamérica, son analizadas con datos de reanálisis NCEP/NCAR y simulaciones de los modelos HadCM3 y GFDL-CM2.0 en la versión acoplada océano-atmósfera, para el clima presente y el escenario futuro más crítico A2 del CMIP3. Para las simulaciones del clima presente, el modelo que mejor representó las características observadas en el conjunto del reanálisis fue el GFDL-CM2.0,  presentándose más coherente con relación a las posiciones de las altas pos frontales y de las isotermas de 0°C y 10°C. Para el futuro, el modelo GFDL-CM2.0 proyecta un debilitamiento de las anomalías negativas de temperatura y los eventos extremos de caída de temperatura con menos avance en dirección al Ecuador, mientras que, según el modelo HadCM3, la simulación para el futuro también apunta hacia una menor proyección con dirección al Ecuador pero, en general, a eventos más intensos

Extreme cold events in South America analyzed from a GFDL model perspective: comparison between CMIP3 and CMIP5 climate scenarios

This paper deals with the future change projections of extreme cold events in relation to historical climate simulations, based on the comparison between two versions of the GFDL model, CMIP3 and CMIP5, in three regions of southeastern South America where these events are frequent. To this end, the compositions of up to five extreme events below 0 °C at 850 hPa were considered. They were derived from daily data collected from May to September of the NCEP/NCAR reanalysis and GFDL Coupled Atmospheric and Oceanic Global Circulation Model. The study periods run from 1961 to 1990 and from 2081 to 2100 for the most critical scenarios: A2 (GFDL-CM2) and RCP8.5 (GFDL-CM3). Sea level pressure, temperature, and wind were analyzed at 850 hPa and wind also at 250 hPa, for each of the areas under study, representing tropical (Area 1) and subtropical (Area 2 and Area 3) latitudes. The ability of the model to simulate the historical climate, represented by the reanalysis, increased as latitude decreased, CM3 version being better for subtropical latitudes than CM2. Depending on GFDL model version, temperature was higher or lower than those shown by the reanalysis in the tropical latitudes. In contrast, at subtropical latitudes, both versions of the model present lower values. An increase in mean temperature is expected in the future in the three areas, mainly at tropical latitudes (Area 1) according to both versions of the model, which is in line with the results reported by other global models. In Area 2, a further increase in temperature is projected in CM3 version, while, for Area 3, the greatest projection is in CM2 version. Changes are expected for the future climate, primarily explained by the configuration of the circulation fields, such as in the case of the subtropical areas in CM2, whose pattern is more related to that typically associated with radiative cooling, rather than the advective cooling shown in the historical climate. This result is in contrast with the results of the CM3 version, which displays a pattern associated with cold air advection from the south for both the historical and future climate. As regards the tropical area, both versions of the model reveal a considerable reduction in the number of extreme cold events.Fil: Muller, Gabriela Viviana. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Rabelo Da Rocha Repinaldo, Cintia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Araneo, Diego Christian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Provincia de Mendoza. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales. Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales; Argentin

Atmospheric circulation simulations in the present and future climate associated with temperature drop in southeastern South America

Las características atmosféricas asociadas a eventos extremos fríos, identificados a partir del descenso de la temperatura en el invierno en tres regiones en el sudeste de Sudamérica, son analizadas con datos de reanálisis NCEP/NCAR y simulaciones de los modelos HadCM3 y GFDL-CM2.0 en la versión acoplada océano-atmósfera, para el clima presente y el escenario futuro más crítico A2 del CMIP3. Para las simulaciones del clima presente, el modelo que mejor representó las características observadas en el conjunto del reanálisis fue el GFDL-CM2.0, presentándose más coherente con relación a las posiciones de las altas pos frontales y de las isotermas de 0°C y 10°C. Para el futuro, el modelo GFDL-CM2.0 proyecta un debilitamiento de las anomalías negativas de temperatura y los eventos extremos de caída de temperatura con menos avance en dirección al Ecuador, mientras que, según el modelo HadCM3, la simulación para el futuro también apunta hacia una menor proyección con dirección al Ecuador pero, en general, a eventos más intensos.The atmospheric features associated with extreme cold events, identified by the temperature drop in the winter, in three regions of southeastern South America are analyzed with reanalysis data from NCEP / NCAR as well as simulations of the coupled ocean-atmosphere HadCM3 and GFDL-CM2.0 models for the present and CMIP3 A2 future scenario. In the present climate, GFDL-CM2.0 represents better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and better the reanalysis fields, being more coherent with the post-frontal high pressure and the 0°C and10°C isotherms. For the future climate, GFDL-CM2.0 projects weakening of temperature anomalies and lower advance of the extreme events of temperature drop in direction to the Equator, while the HadCM3 projection also indicates lower latitudinal range, but in general, higher intensity of these events.Fil: Rabelo Da Rocha Repinaldo, Cintia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Muller, Gabriela Viviana. Provincia de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Universidad Autónoma de Entre Ríos. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones Científicas y Transferencia de Tecnología a la Producción; ArgentinaFil: Andrade, Kelen Martins. Centro Nacional de Monitoreamiento E Alertas de Desastre; Brasi