Sorotan iklim Brasil 2023

Abstrak
Pada tahun 2023, Bumi mengalami anomali suhu permukaan tertinggi yang pernah tercatat hingga saat itu. Selain itu, beberapa peristiwa cuaca dan iklim ekstrem terjadi di seluruh dunia, termasuk di Brasil. Dalam konteks ini, tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menganalisis pola suhu dan curah hujan anomali yang diamati di Brasil selama tahun 2023, bersama dengan peristiwa ekstrem yang paling signifikan. Berbagai kumpulan data dan metodologi diterapkan. Pantai utara negara bagian São Paulo mengalami akumulasi curah hujan tertinggi yang tercatat di Brasil dalam satu hari. September, Oktober, dan November 2023 mengalami defisit curah hujan yang besar di wilayah Amazon, yang menyebabkan kekeringan yang sangat intens dan berkepanjangan. Bagian selatan Brasil terkena dampak curah hujan dalam jumlah besar dalam waktu singkat, yang terkait dengan siklon, yang mengakibatkan kematian dan kerugian ekonomi. Brasil Tenggara dan Tengah-Barat mengalami dua gelombang panas yang hebat di musim semi Australia, memecahkan rekor suhu harian di kota-kota besar seperti São Paulo dan Rio de Janeiro. Secara keseluruhan, studi ini menguraikan proses fisik utama yang menyebabkan fenomena ekstrem ini, beserta dampak sosial lingkungan yang ditimbulkan oleh sebagian besarnya.

PERKENALAN
Sebagaimana dilaporkan oleh Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim, 1 suhu rata-rata global telah meningkat sebesar 1,1°C antara tahun 2011 dan 2020, dibandingkan dengan periode 1850–1900. Peningkatan ini jauh lebih intens di daratan daripada di lautan, dengan berbagai wilayah di seluruh dunia mengalami pergeseran suhu yang berbeda. Sejak tahun 1970-an dan seterusnya, suhu rata-rata global telah meningkat pada tingkat yang lebih cepat daripada selama rentang waktu 50 tahun lainnya dalam 2000 tahun terakhir. 1

Menurut Organisasi Meteorologi Dunia, 2 dunia mengalami anomali suhu global tertinggi yang pernah tercatat hingga saat itu pada tahun 2023: 1,45°C lebih hangat daripada tingkat pra-industri (1850–1900) dan 0,81°C lebih hangat daripada klimatologi 1991–2020, melampaui rekor sebelumnya yang dibuat pada tahun 2016 (+1,29°C) dan 2020 (+1,27°C). Bulan-bulan dari Juni hingga Desember 2023 menandai periode terpanas yang pernah tercatat. September 2023 menonjol dengan anomali suhu rata-rata global tertinggi (+0,93°C dibandingkan dengan klimatologi 1991–2020), diikuti oleh Oktober, November, dan Desember, yang masing-masing mencatat rekor tertinggi kedua (dengan anomali +0,85°C di setiap bulan). 3

Setiap hari sepanjang tahun 2023 mencatat anomali suhu rata-rata global sebesar 1°C di atas tingkat pra-industri, dengan lebih dari separuh hari tersebut mengalami anomali di atas 1,5°C dan 2 hari (17 dan 18 November) melampaui 2°C, menjadi pertama kalinya hal ini terjadi. 3 Catatan ini mengkhawatirkan, mengingat Perjanjian Paris (2016) 4 bertujuan untuk membatasi peningkatan suhu rata-rata global hingga maksimum 1,5–2°C. Tidak dapat disangkal bahwa tindakan manusia yang terkait dengan emisi gas rumah kaca telah berkontribusi terhadap pemanasan global. 5 Pada tahun 2023, konsentrasi karbon dioksida dan metana di atmosfer terus meningkat dan mencapai rekor tertinggi (masing-masing 419 ppm dan 1,902 ppb). 3

Menurut Institut Meteorologi Nasional 6 Brasil, suhu udara pada tahun 1991–2020 adalah 0,69°C di atas suhu udara pada tahun 1991–2020 yang mencapai 24,23°C, sehingga menjadikannya tahun terpanas. Rekor ini melampaui anomali tertinggi yang pernah tercatat di negara tersebut: pada tahun 2015 (+0,67°C), 2019 (+0,61°C), 2016 (+0,43°C), dan 1998 (+0,37°C). Dalam 9 bulan pada tahun 2023, anomali suhu rata-rata berada di atas rata-rata historis, dengan September 2023 mencatat anomali tertinggi (+1,6°C), mengikuti pola global.

Selain mencatat rekor suhu udara pada tahun 2023, suhu permukaan laut (SST) di lautan juga mencatat peningkatan. SST global meningkat pada bulan Maret, menurun pada bulan April dan Mei, dan meningkat lagi sejak bulan Juni, mencapai 21,02°C pada tanggal 23 dan 24 Agustus 2023, yang lebih tinggi dari rekor sebelumnya sebesar 20,95°C yang tercatat pada bulan Maret 2016 di akhir peristiwa El Niño yang kuat. Selama sisa tahun tersebut, SST rata-rata global tetap sangat tinggi, melampaui rekor sebelumnya untuk tahun-tahun terhangat. Samudra Pasifik ditandai oleh transisi cepat dari La Niña ke El Niño. La Niña berlangsung selama 3 tahun, dan pada bulan Juli 2023, fase hangat dari fenomena tersebut telah terbentuk. 3 Kondisi El Niño baru benar-benar terbentuk di lautan dan atmosfer pada awal September, dan El Niño yang kuat telah terbentuk pada akhir tahun, dengan Indeks Oceanic Niño mencapai 2,0°C selama periode November–Januari, yang merupakan nilai tertinggi yang pernah tercatat sejak peristiwa El Niño 2015/2016. 2

Curah hujan pada tahun 2023 menunjukkan karakteristik yang berbeda di seluruh dunia. Curah hujan yang terakumulasi melampaui rata-rata jangka panjang di Asia Timur dan Tengah, sebagian Asia utara, wilayah musim panas India bagian barat, dan sebagian Benua Maritim. Peningkatan curah hujan juga diamati di Selandia Baru bagian utara, sebagian Afrika Barat, Tengah, Selatan, dan Timur, serta Eropa Barat, Tengah, dan Tenggara, Skandinavia Selatan, dan Timur Tengah Barat. Selain itu, curah hujan di atas rata-rata tercatat di Amerika Utara Barat Laut, Barat Daya, dan Tenggara, Antillen Besar, dan sebagian Amerika Selatan Tenggara. Sebaliknya, defisit curah hujan yang signifikan tercatat di Amerika Selatan Tenggara, Cekungan Amazon, dan sebagian besar Amerika Tengah, serta di Kanada bagian selatan, wilayah Mediterania barat, dan Eropa Barat Daya. Wilayah lain yang terkena dampak curah hujan di bawah rata-rata termasuk sebagian Afrika Barat Laut, Tengah, dan Selatan, sebagian Asia Tengah, wilayah musim panas India bagian timur, sebagian Asia Tenggara dan Benua Maritim, Australia utara barat daya dan pesisir, dan beberapa Kepulauan Pasifik. 2

Sejumlah besar peristiwa ekstrem tercatat di seluruh dunia pada tahun 2023, seperti gelombang panas di Tiongkok, Amerika Utara, Eropa, 7 , 8 dan Brasil; 9 banjir di Afrika; 10 kekeringan di Asia Barat 11 dan Amerika Selatan, 12 terutama di Cekungan Sungai Amazon; 13 dan kebakaran hutan di Kanada 14 dan Hawaii. 12 Gelombang panas adalah salah satu ekstrem iklim yang paling parah, dengan peningkatan frekuensi, intensitas, dan durasi di bawah pemanasan global, menimbulkan tantangan besar bagi masyarakat dan ekosistem. Meskipun penelitian semakin berkembang, masih ada kesenjangan pengetahuan yang signifikan mengenai mekanisme fisik yang mendasarinya, khususnya interaksi antara pendorong termodinamika dan dinamis di seluruh skala spasial dan temporal. Menurut tinjauan komprehensif, 15 kompleksitas pembentukan gelombang panas muncul dari interaksi antara faktor-faktor global seperti pemaksaan gas rumah kaca dan pengaruh regional seperti perubahan penggunaan lahan, aerosol, dan umpan balik kelembaban tanah. Para penulis menekankan perlunya upaya terkoordinasi untuk menyempurnakan definisi gelombang panas, meningkatkan representasi model, umpan balik, dan lebih memahami hubungan antara gelombang panas atmosfer dan laut. Pekerjaan mereka menggambarkan prioritas utama untuk penelitian masa depan, termasuk pengembangan pendekatan berbasis proses dan alat interdisipliner untuk meningkatkan perkiraan dan penilaian dampak gelombang panas dalam perubahan iklim.

Studi oleh Zhang et al. 12 merangkum peristiwa cuaca dan iklim paling signifikan di seluruh dunia pada tahun 2023, menyoroti bahwa banyak karakteristik dari peristiwa ekstrem baru-baru ini selaras dengan perubahan masa depan yang diproyeksikan dalam iklim yang memanas. Pada tahun 2023, mereka didorong oleh berbagai fenomena yang beroperasi pada skala waktu yang berbeda, termasuk episode La Niña yang berulang, musim hujan, dan siklon. 12 Siklon memainkan peran utama dalam banyak peristiwa presipitasi ekstrem ini. Misalnya, berbagai jenis siklon skala sinoptik di Samudra Atlantik Selatan bagian barat daya 16 , 17 bertanggung jawab atas gelombang tinggi, 18 yang memengaruhi transportasi laut, anjungan minyak, dan ekosistem pesisir. Selain itu, perubahan mendadak dalam kondisi cuaca, termasuk hujan lebat dan angin kencang, dapat menyebabkan kerugian ekonomi dan, dalam beberapa kasus, hilangnya nyawa di wilayah pesisir, seperti yang terjadi pada tahun 2023. 19 Selain fenomena ini, panas ekstrem dan kekeringan berkepanjangan juga terjadi pada tahun 2023, dengan beberapa peristiwa disertai dengan kebakaran hutan yang meluas. Semua peristiwa ini dapat berdampak pada kesehatan manusia, ekosistem, keanekaragaman hayati, dan infrastruktur, sehingga menimbulkan risiko signifikan terhadap ketersediaan air dan pangan, kesehatan masyarakat, dan kesejahteraan secara keseluruhan. 2

Rekor suhu dan curah hujan juga tercatat di Brasil pada tahun 2023. Araçuaí (negara bagian Minas Gerais) mencatat, pada tanggal 19 November 2023, suhu tertinggi yang pernah tercatat di negara tersebut, yakni 44,8°C (Instituto Nacional de Meteorologia, atau INMET). Nilai tertinggi sebelumnya tercatat di Teresina (negara bagian Piaui), pada tanggal 21 November 2005, yang mencapai suhu maksimum 44,7°C. Bertioga (negara bagian São Paulo) mencatat akumulasi curah hujan tertinggi yang pernah tercatat di negara tersebut oleh INMET dan Pusat Nasional untuk Pemantauan dan Peringatan Bencana Alam (CEMADEN): 683 mm dalam periode 24 jam antara 18 dan 19 Februari 2023. 20 Rekor sebelumnya terjadi pada tahun 2022 di Petrópolis (negara bagian Rio de Janeiro) sebesar 534,4 mm, 21 – 23 dan pada tahun 1991 di Florianópolis (negara bagian Santa Catarina) sebesar 404,8 mm (INMET). Akumulasi curah hujan tertinggi lainnya dalam 24 jam adalah sebesar 346,6 mm yang terjadi pada tanggal 5 Januari, 10 Maret, dan 12 dan 31 Desember 1999, yang diamati di wilayah tengah-utara pantai negara bagian São Paulo yang mencakup Bertioga. 24 Pada tahun 2023, dua siklon ekstratropis juga menyebabkan setidaknya 54 kematian di Brasil bagian selatan, terutama karena tingginya jumlah curah hujan. 19 , 25

Terkait dengan curah hujan dan suhu ekstrem di Brasil, kejadian bencana alam terus meningkat di negara tersebut. Menurut CEMADEN, negara tersebut mencatat 1.341 kejadian bencana pada tahun 2023, dengan 815 kejadian berasal dari hidrologi dan 526 berasal dari geologi. Jumlah kejadian tersebut merupakan yang tertinggi yang pernah tercatat sejak dimulainya operasi CEMADENS pada tahun 2011. Wilayah dengan jumlah kejadian tertinggi adalah wilayah tenggara Brasil. Diperkirakan kerugian ekonomi yang terkait dengan kejadian ini hampir mencapai US$5 miliar, dengan 74.000 orang kehilangan tempat tinggal, 500.000 orang mengungsi, 9.263 orang terluka, dan 132 orang meninggal. 21

Kelompok Studi Iklim (GrEC) dari Universitas São Paulo (USP)—Brasil juga melakukan pemantauan dan prakiraan iklim untuk Brasil dan menyoroti kejadian ekstrem 26 setiap bulan yang dapat diakses di http://www.grec.iag.usp.br/ . Tujuan dari studi ini adalah untuk membahas kejadian suhu dan curah hujan yang tidak normal dan ekstrem yang diamati di Brasil pada tahun 2023, serta untuk mengeksplorasi anomali sirkulasi atmosfer-samudra yang berkontribusi pada empat kejadian intens yang dipilih. Kejadian yang dipilih adalah (1) curah hujan ekstrem yang belum pernah terjadi sebelumnya (di atas 650 mm hari −1 ) yang diamati di pantai negara bagian São Paulo; (2) kekeringan di wilayah Amazon; (3) kejadian curah hujan ekstrem yang mencapai Brasil selatan; dan (4) gelombang panas yang memecahkan rekor di musim semi.

METODOLOGI
Dua subbagian pertama di sini masing-masing menjelaskan data dan metode yang digunakan untuk menganalisis suhu ekstrem dan curah hujan di Brasil pada tahun 2023, dan subbagian ketiga hingga keenam menjelaskan secara rinci metodologi yang digunakan untuk mengeksplorasi sirkulasi-sirkulasi samudra yang terkait dengan peristiwa ekstrem yang dipilih.

Data
Brasil adalah area studi, dan data yang digunakan dalam pekerjaan ini disediakan oleh berbagai sumber, sebagaimana dirangkum dalam Materi Tambahan (Gambar S1 ). Kami menggunakan data observasi dari stasiun meteorologi INMET ( https://bdmep.inmet.gov.br/ ); pluviometer dari Jaringan Observasi Lingkungan CEMADEN ( http://www2.cemaden.gov.br/pluviometros-automatico/ ), Kementerian Sains, Teknologi, dan Inovasi (MCTI); dan variabel atmosfer pada berbagai tingkat tekanan dari analisis ulang v5 Pusat Prakiraan Cuaca Jangka Menengah Eropa (ECMWF) (ERA5). ERA5 adalah analisis ulang yang tersedia dalam kisi global 0,25° x 0,25°. 27 Lapisan air tanah volumetrik 1 (0–7 cm) berasal dari ERA-Land, kumpulan data analisis ulang yang menawarkan representasi resolusi tinggi (∼9 km) yang konsisten dari evolusi variabel lahan selama beberapa dekade, yang menyempurnakan resolusi ERA5. 28 Kami juga menggunakan data curah hujan dan angin 10-m dari Multi-Sensor Weather (MSWX), yang memiliki resolusi spasial dan temporal yang tinggi (masing-masing 0,1° dan 3 jam) variabel atmosfer permukaan dekat yang dikoreksi bias dengan cakupan global; 29 dan suhu di puncak awan konvektif dari Geostationary Operational Environmental Satellite-16 (GOES-16) dan National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) SST dalam grid global 0,05° x 0,05°. 30

Indeks suhu dan curah hujan
Anomali suhu dan curah hujan di Brasil selama tahun 2023 diselidiki menggunakan data yang direkam di stasiun meteorologi konvensional dari INMET. Variabel suhu rata-rata harian, suhu maksimum, dan curah hujan harian dikumpulkan dari 625 stasiun, yang mencakup periode 1961 hingga 2023. Kontrol kualitas data untuk data yang hilang hanya diterapkan untuk periode 1991 hingga 2023. Seri dengan lebih dari 10% data yang hilang dikecualikan. Kami tidak menilai tahun-tahun sebelumnya karena informasi historis lebih langka, dan kami ingin mempertahankan sebanyak mungkin stasiun dalam penelitian ini. Kontrol kualitas memilih 69 stasiun untuk suhu rata-rata terkompensasi, 93 untuk suhu maksimum, dan 118 untuk curah hujan (Gambar S2 ).

Anomali tahunan dan bulanan untuk suhu dan curah hujan di setiap stasiun dihitung untuk tahun 2023, dengan menggunakan periode 1991–2023 sebagai referensi. Catatan suhu rata-rata harian dan suhu maksimum pada tahun 2023 diselidiki untuk periode yang tersedia di setiap stasiun, sejak tahun 1961.

Indeks temperatur yang ditetapkan oleh Tim Ahli tentang Deteksi dan Indeks Perubahan Iklim (ETCCDI 31 , 32 ) digunakan untuk menyelidiki kejadian ekstrem. Untuk temperatur, Indeks Durasi Mantra Hangat (WSDI) dihitung untuk mengidentifikasi gelombang panas pada tahun 2023. WSDI dihitung pertama dengan menetapkan temperatur maksimum harian pada hari i dalam periode j ( TXij ) dan persentil ke-90 untuk hari kalender yang berpusat pada jendela 5 hari ( TXin 90), berdasarkan klimatologi tahun 1991–2020. Jumlah hari di mana TXij > TXin 90 selama sedikitnya 6 hari berturut-turut adalah WSDI. Indeks tambahan dihitung untuk menyediakan aspek lain dari kejadian gelombang panas, berdasarkan definisi WSDI tentang gelombang panas, termasuk: jumlah kejadian gelombang panas tahunan (HWN); panjang kejadian gelombang panas terpanjang dalam setahun (HWD); dan besarnya rata-rata gelombang panas (HWM), yang diperoleh dengan merata-ratakan suhu maksimum semua hari gelombang panas selama tahun 2023. 33 Indeks ETCCDI telah diterapkan secara luas untuk menilai perubahan suhu dan curah hujan ekstrem di masa lalu dan yang diproyeksikan menggunakan data observasi dan model iklim pada skala global dan regional. 34 – 36

Peristiwa basah di pantai negara bagian São Paulo
Untuk kejadian yang mencapai pantai São Paulo, data curah hujan yang direkam oleh pluviometer dari CEMADEN digunakan dari tanggal 18 hingga 19 Februari 2023. Dari stasiun CEMADEN, kami hanya memilih satu alat pengukur curah hujan untuk setiap kota di pantai: Bertioga, São Sebastião, Guarujá, Ilhabela, Ubatuba, dan Caraguatatuba yang mencatat akumulasi curah hujan tertinggi antara tanggal 18 dan 19 Februari. Kondisi sinoptik dievaluasi menggunakan variabel dari ERA5: tekanan permukaan laut rata-rata, ketinggian geopotensial, angin zonal dan meridional, suhu udara, vortisitas relatif, dan omega. Data SST harian dari NOAA juga digunakan.

Puncak awan konvektif, pada pukul 06 UTC tanggal 18 dan 19 Februari, diidentifikasi dalam citra saluran inframerah (CH13, 10,35 µm) yang ditangkap oleh sensor Advanced Baseline Imager (ABI) di GOES-16. Set data sensor ABI tersedia pada interval 10 menit, dengan resolusi spasial 2 km, dan diproses oleh Pusat Prakiraan Cuaca dan Studi Iklim (CPTEC) dari Institut Nasional untuk Penelitian Luar Angkasa (INPE).

Kekeringan di wilayah Amazon
Peristiwa kekeringan Amazon diteliti dengan menghasilkan 2023 anomali SST dan penampang sirkulasi (dari 1000 hingga 100 hPa) menggunakan ERA5. Kecepatan vertikal anomali (omega), yang dirata-ratakan secara meridional antara 10° LU dan 10° LS, dianalisis untuk dua wilayah: Pasifik barat–Amerika Selatan utara (10° LU–10° LS, 150° BT–40° BB) dan Atlantik–Amerika Selatan utara (40° LU–25° LS, 70° BB–40° BB). Anomali untuk September, Oktober, dan November 2023 dihitung relatif terhadap klimatologi 1991–2020.

Curah hujan ekstrem di Brasil Selatan
Sebagian besar presipitasi di wilayah selatan Brasil, yang meliputi negara bagian Rio Grande do Sul (RS) di ujung selatan dan Santa Catarina (SC) dan Paraná (PR) di utara, didorong oleh lintasan siklon. 37 Pada tahun 2023, beberapa siklon ini menyebabkan dampak signifikan pada masyarakat, termasuk banjir, kerugian finansial, dan banyak korban jiwa. Dalam studi ini, siklon diidentifikasi menggunakan algoritma yang dikembangkan sebelumnya, 16 , 38 disebut sebagai kode S2R-Vortrack. 39 Proses identifikasi didasarkan pada vortisitas relatif angin pada 10 m (nilai negatif di Belahan Bumi Selatan) dan melibatkan tiga tahap utama.

Pertama, siklon diidentifikasi oleh vortisitas relatif minimum menggunakan pendekatan tetangga terdekat, yang harus kurang dari atau sama dengan −1,0 × 10 −5 s −1 . Algoritma kemudian mengoreksi posisi pertama dengan menerapkan grid resolusi tinggi dalam radius 250 km. Posisi ini digunakan pada langkah waktu kedua sebagai referensi untuk menemukan posisi kedua. Kecepatan perpindahan sistem kemudian dihitung sebagai perbedaan antara dua posisi, dan kecepatan ini digunakan sebagai tebakan pertama untuk menemukan posisi berikutnya dengan mencari vortisitas relatif minimum di dekatnya. Prosedur ini diulang hingga maksimum 10 hari tercapai dan siklus hidup siklon minimum 1 hari. Algoritma pelacakan mengidentifikasi semua siklon (semua sistem dengan vortisitas lebih rendah dari −1,0 × 10 −5 s −1 ) di wilayah tersebut, tanpa membedakan antara sistem tropis, subtropis, atau ekstratropis. Akan tetapi, karena kami menerapkan filter, sebagian besar sistem yang teridentifikasi adalah skala sinoptik, sehingga menghilangkan sistem skala mesoskala. Di wilayah tenggara Brasil, misalnya, 20% siklon yang terjadi di wilayah ini selama musim panas adalah siklon subtropis. Siklon subtropis sebagian besar terbentuk di pesisir tenggara Brasil, seperti yang diamati oleh penelitian sebelumnya. 40 – 43

Siklon dilacak menggunakan data medan angin pada ketinggian 10 m dari analisis ulang ERA5 untuk memperoleh klimatologi 1991–2020 dan kejadian siklogenesis 2023, yang menandai identifikasi pertama setiap siklon. Kepadatan siklogenesis didefinisikan sebagai jumlah kejadian siklogenesis yang terjadi dalam kisi lintang menurut bujur 3° x 3°. Kepadatan ini dihitung dengan membagi jumlah total kejadian dengan luas kisi dalam kilometer persegi, dikalikan dengan 10⁵, lalu dibagi dengan jumlah tahun untuk menentukan rata-rata tahunan. 39 , 42 , 44 Kami membahas rata-rata tahunan siklogenesis untuk 2023, bersama dengan anomali, yang direpresentasikan oleh perbedaan antara 2023 dan klimatologi 1991–2020.

Selain itu, kami memilih empat siklon paling intens tahun 2023 untuk menganalisis akumulasi curah hujan terkait dan kontribusi relatifnya terhadap curah hujan bulanan, kecepatan angin maksimum selama siklus hidupnya, dan perbedaan maksimum antara curah hujan harian selama hari-hari siklon dan persentil ke-95 klimatologis (P 95 ). Analisis ini dilakukan dengan menggunakan data MSWX, 29 dan siklon terjadi selama 14–22 Juni, 12–16 Juli, 2–5 September, dan 3–6 Oktober.

Curah hujan yang terakumulasi selama siklus hidup setiap siklon dihitung dengan menjumlahkan nilai curah hujan harian. Kontribusi relatif—curah hujan yang terakumulasi selama beberapa hari dalam periode siklon—dibandingkan dengan total curah hujan bulanan untuk bulan yang sama. Hasilnya dinyatakan dalam persentase, yang menunjukkan berapa banyak curah hujan bulanan total yang dikaitkan dengan setiap kejadian siklon. Kecepatan angin maksimum selama siklus hidup diidentifikasi dengan menentukan kecepatan angin tertinggi yang tercatat setiap hari selama siklus hidup siklon. Untuk analisis, kami berfokus pada medan angin pada hari ketika kecepatan angin tertinggi diamati di seluruh benua selama siklus hidup siklon. Nilai P 95 diperoleh dari data curah hujan harian dari tahun 1991 hingga 2020 di wilayah Brasil bagian selatan (35°S–22.1°S, 59°W–46.1°W). Selisih antara curah hujan yang terakumulasi setiap hari pada hari-hari siklon dan ambang batas P 95 kemudian dihitung, yang melaporkan nilai teramati terbesar di seluruh benua.

Dampak siklon diperoleh dengan memanfaatkan laporan manajemen kerusakan dari Sistem Informasi Bencana Terpadu 45 Pertahanan Sipil Brasil, yang dikelola oleh Kementerian Integrasi dan Pembangunan Daerah Brasil, dengan fokus khusus pada peristiwa iklim ekstrem yang terjadi di wilayah selatan negara tersebut. Selanjutnya, kerusakan yang disebabkan oleh badai konvektif, banjir bandang, banjir, dan tanah longsor dipilih. Lapisan air tanah volumetrik 1 (0–7 cm) dari Sistem Perkiraan Terpadu ECMWF juga digunakan pada skala waktu per jam (00, 06, 12, 18), dan rata-rata harian dihitung. Analisis ini dilakukan untuk menyelidiki perilaku tanah selama peristiwa siklon yang tidak memiliki akumulasi curah hujan yang besar tetapi tetap menyebabkan sejumlah besar bencana.

Gelombang panas yang memecahkan rekor pada musim semi 2023
Variabel dari analisis ulang ERA5 digunakan untuk menyelidiki sirkulasi skala besar yang terkait dengan episode gelombang panas. Suhu udara pada 2 m (t2m) digunakan untuk memverifikasi apakah analisis ulang ERA5 mereproduksi pola spasial dan besaran yang terkait dengan gelombang panas. Ketinggian geopotensial 500 hPa, kecepatan angin zonal 200 hPa, dan kelembapan spesifik digunakan untuk mengkarakterisasi anomali sirkulasi yang terkait dengan gelombang panas. Data harian untuk variabel atmosfer digunakan untuk menghitung anomali berdasarkan klimatologi musiman (September–Oktober–November) 1991–2020. Anomali ini mencakup dua peristiwa gelombang panas berkepanjangan yang diamati pada tanggal 17–27 September dan 11–18 November 2023. Pemilihan periode didasarkan pada analisis peristiwa gelombang panas yang diidentifikasi di stasiun meteorologi Mirante de Santana di São Paulo, Brasil (tidak ditampilkan), dengan mempertimbangkan periode dengan suhu maksimum di atas persentil ke-90 untuk satu hari kalender yang berpusat pada jendela 5 hari selama minimal 6 hari berturut-turut. Selain itu, kami menghitung anomali rata-rata harian suhu udara permukaan maksimum untuk Brasil Tengah–Barat dan Tenggara selama musim semi di wilayah selatan tahun 2023 (1 September–30 November). Anomali ini diperoleh dari data yang dikumpulkan di 36 stasiun meteorologi INMET di wilayah ini.

HASIL
Brasil pada tahun 2023
Anomali tahunan suhu rata-rata terkompensasi pada tahun 2023 positif untuk hampir semua stasiun yang digunakan (92,75%), dengan anomali tercatat sebagai yang tertinggi di 25 di antaranya sejak 1961 (stasiun bertanda *), yang menunjukkan pola pemanasan di Brasil pada tahun 2023 (Gambar 1A ). Membandingkan rata-rata anomali tahunan untuk semua 69 stasiun, 2023 menonjol sebagai tahun terpanas (+0,84°C), diikuti oleh 2019 (+0,76°C) dan 2015 (+0,74°C). Anomali presipitasi tahunan positif di selatan dan di beberapa stasiun di Tenggara dan Timur Laut Brasil. Di bagian lain negara itu, anomali negatif tercatat (Gambar 1B ). Pada tahun 2023, tiga stasiun di negara bagian Rio Grande do Sul (Brasil Selatan) mengalami anomali curah hujan tertinggi (ditandai dengan segitiga ke atas), sementara 10 stasiun di Brasil Utara, Timur Laut, dan Tenggara mencatat anomali curah hujan terendah (ditandai dengan segitiga ke bawah).

Gambar 1C , D menyajikan stasiun dengan suhu tertinggi dalam rangkaian tersebut. Pada tahun 2023, 17 (24,64%) dari 69 stasiun mencatat rekor suhu rata-rata terkompensasi (Gambar 1C ), dan 23 (24,73%) dari 93 mencatat rekor suhu maksimum (Gambar 1D ). Catatan suhu maksimum terjadi empat kali pada bulan September, tujuh kali pada bulan Oktober, 11 kali pada bulan November, dan satu kali pada bulan Desember. Suhu maksimum tertinggi yang pernah tercatat di Brasil, yaitu 44,8°C, diamati di Araçuaí (MG) pada tanggal 19 November (Gambar 1D ).

Untuk anomali bulanan suhu rata-rata terkompensasi, dapat diamati bahwa, pada bulan Januari (Gambar 2A ), hanya negara bagian RS yang mencatat kondisi lebih hangat, sementara seluruh negara memiliki suhu di dalam atau di bawah rata-rata. Pada bulan Februari dan Maret (Gambar 2B , C ), suhu yang lebih hangat meluas ke wilayah tenggara dan tengah-barat negara tersebut. Pada bulan April (Gambar 2D ), negara bagian RS memiliki suhu di bawah rata-rata, sementara bagian timur laut, utara, dan tenggara menunjukkan anomali positif. Pada bulan Mei dan Juni (Gambar 2E , F ), anomali positif meningkat di Brasil bagian selatan, dengan catatan bulanan di selatan dan utara (ditandai dengan *). Mulai bulan Juli dan seterusnya (Gambar 2G–L ), negara tersebut mengalami anomali suhu positif yang lebih tinggi, dengan beberapa catatan bulanan (ditandai dengan *) dan anomali bulanan terbesar yang diamati pada tahun 2023 (kecuali bulan Oktober, yang memiliki anomali negatif di RS).

Mengenai kejadian gelombang panas, nilai WSDI tertinggi tercatat di stasiun INMET yang terletak di wilayah tengah-utara Brasil. Pada tahun 2023, satu stasiun di negara bagian Pará dan satu lagi di negara bagian Paraíba masing-masing mencatat 8 dan 20 kejadian gelombang panas, yang totalnya lebih dari 100 hari (WSDI) di setiap stasiun (Gambar 3A ). Kejadian gelombang panas tertinggi sepanjang tahun (HWN) diamati di stasiun-stasiun di negara bagian Pará, Maranhão, dan Paraíba (Gambar 3B ). Stasiun di Paraíba mencatat jumlah kejadian tertinggi, dengan 20 kejadian gelombang panas, dan juga mencatat WSDI tertinggi, dengan total 160 hari gelombang panas. Sebagian besar stasiun yang terletak di negara bagian Bahia, Tocantins, Goiás, dan Minas Gerais mencatat antara 2 dan 8 kejadian gelombang panas sepanjang tahun. Gelombang panas yang paling lama (HWD) juga terjadi di stasiun-stasiun di wilayah tengah-utara Brasil (Gambar 3C ). Beberapa stasiun di wilayah utara dan timur laut mencatat kejadian yang berlangsung lebih dari 20 hari, dengan dua stasiun di negara bagian Pará mencatat episode gelombang panas yang berlangsung selama 23 hari. Dua gelombang panas yang paling intens mencatat suhu rata-rata maksimum 40°C (Gambar 3D ), satu di negara bagian Piauí dan yang lainnya di negara bagian Minas Gerais. Yang terakhir ini dikaitkan dengan suhu maksimum tertinggi yang pernah tercatat di Brasil (Gambar 3B ), yang juga dianalisis di bagian “Gelombang panas yang memecahkan rekor pada Musim Semi 2023”.

Di Brasil selatan, meskipun anomali tahunan positif (Gambar 1B ), 4 bulan pertama tahun ini ditandai oleh anomali presipitasi negatif (Gambar 4A–D ). Mulai Mei dan seterusnya, anomali positif mulai tercatat (Gambar 4E ) dan meningkat antara September dan November (Gambar 4I–K ). Di Brasil tenggara, tahun dimulai dengan anomali presipitasi positif (Gambar 4A ), sementara anomali negatif diamati pada Februari, Maret, November, dan Desember, dengan defisit presipitasi mencapai hingga 250 mm dalam 2 bulan terakhir tahun ini (Gambar 4A–L ). Di ujung utara Brasil dan beberapa stasiun di Timur Laut, anomali positif mendominasi pada bulan Januari. Namun, untuk sisa tahun ini, anomali negatif berlaku di utara, sementara kondisinya tetap lebih dekat dengan normal di timur laut (Gambar 4A–L ).

Peristiwa basah di garis pantai negara bagian São Paulo
Dari pukul 15 UTC tanggal 18 Februari hingga pukul 15 UTC tanggal 19 Februari 2023, di pantai utara negara bagian São Paulo (kotak merah pada Gambar 5 ), akumulasi curah hujan tertinggi yang tercatat di Brasil terjadi dalam satu hari: 682,8 mm hanya dalam 24 jam di kotamadya Bertioga. Akumulasi signifikan lainnya diamati di São Sebastião (627,5 mm), Guarujá (474,8 mm), Ilhabela (337,3 mm), Ubatuba (334,9 mm), dan Caraguatatuba (234,3 mm) (Gambar 5I ). Peristiwa ini menyebabkan banjir, erosi pantai, dan tanah longsor, yang mengakibatkan dampak pada manusia, lingkungan, dan ekonomi. Menurut Pertahanan Sipil Negara Bagian São Paulo, 1.126 orang kehilangan rumah, 1.090 orang mengungsi dari rumah mereka, dan 65 kematian tercatat, serta beberapa jalan terblokir, penghalang runtuh, dan pohon tumbang. Meskipun akumulasi curah hujan tertinggi terjadi di Bertioga, jumlah kematian tertinggi (64) diamati di São Sebastião karena banyaknya orang yang tinggal di permukiman yang tidak aman dan di daerah berisiko tinggi, yang rentan terhadap pergerakan massa di lereng pegunungan Serra do Mar. 46 Studi oleh Marengo et al. 20 juga menggambarkan kejadian ini, tetapi terutama difokuskan pada bencana alam.

Selama peristiwa hujan lebat ini, cuaca ditandai oleh lewatnya front dingin kutub di atas Atlantik Selatan subtropis yang lebih hangat dari biasanya (Gambar S3 ). Pada tanggal 17–18 Februari, front dingin ini tetap diam di atas negara bagian RS, dengan siklon ekstratropis terkait di atas Samudra Atlantik Selatan, yang berpusat pada sekitar 52°W–46°S dan dengan tekanan pusat 974 hPa (Gambar 5A ). Di tingkat atas, aliran jet (Gambar 5A ), keberadaan sirkulasi siklon di atas pantai Wilayah Timur Laut Brasil, dan sirkulasi antisiklon di atas Wilayah Tengah–Barat (Gambar 5E ) berkontribusi pada pola dan pergerakan sistem frontal. Pola ini, yang menyerupai sirkulasi musim panas yang khas di atas Brasil, disempurnakan oleh aliran tingkat rendah pada 850 hPa dari Amazon menuju pantai São Paulo, yang memiliki karakteristik serupa dengan jet tingkat rendah Amerika Selatan, yang ada antara tanggal 14 dan 17 Februari (Gambar S4 ). Sirkulasi tingkat rendah ini berkontribusi pada peningkatan ketersediaan uap air di wilayah tersebut, yang menyediakan bahan bakar untuk hujan lebat. Sirkulasi antisiklon di tingkat atas secara progresif bergeser ke arah barat pada tanggal 18 Februari, 12 UTC, sementara sirkulasi siklon bergerak ke arah benua, dan tetap demikian hingga akhir tanggal 19 Februari (Gambar S5 ). Seiring dengan pola di tingkat atas, mulai tanggal 18 Februari dan seterusnya, sirkulasi pada 850 hPa menjadi tidak teratur (Gambar S4 ).

Pada tanggal 19 Februari, sistem frontal bergerak ke arah timur, dan siklon ekstratropis menguat (Gambar 5B , D ). Kehadiran sistem frontal mendukung angin yang lebih kencang dari Atlantik Selatan yang berdekatan menuju pantai São Paulo (Gambar S2 ). Sirkulasi ini, dikombinasikan dengan efek orografis Serra do Mar, mengintensifkan gerakan ke atas (Gambar 5D ) dan berkontribusi pada pembentukan awan konvektif yang dalam (Gambar 5F ). ​​Atlantik Selatan, yang berdekatan dengan pantai São Paulo, 1–2°C lebih hangat dari rata-rata (Gambar S3 ). Hal ini mengakibatkan peningkatan laju fluks panas dan uap air dari laut ke atmosfer, diperkuat oleh angin kencang yang terkait dengan front dingin. 20 Kombinasi front dingin sinoptik dengan fitur lokal (pegunungan Serra do Mar dan fluks panas dekat permukaan yang intens) mengakibatkan presipitasi yang intens dan terus-menerus di pantai utara negara bagian São Paulo.

Kekeringan di wilayah Amazon
Kekeringan di wilayah Amazon dilaporkan terjadi selama manifestasi gabungan fenomena El Niño di Samudra Pasifik khatulistiwa dan kondisi hangat yang tidak normal di Samudra Atlantik Utara tropis. 47 , 48 Selama musim semi tahun 2023, peristiwa kekeringan besar diamati di wilayah Amazon, dengan Sungai Negro di Manaus mencatat level terendahnya pada bulan November sebesar 12,7 m dalam 121 tahun. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 , September, Oktober, dan November 2023 mengalami defisit curah hujan yang besar di wilayah Amazon, yang berkontribusi terhadap rendahnya level Sungai Negro di Manaus. Gambar 6A,D , dan G menunjukkan bahwa, dari September hingga November 2023, pemaksaan skala besar yang berlaku terkait dengan defisit presipitasi yang diamati di Amazon adalah (a) fenomena El Niño, dengan anomali SST lebih besar dari 2°C di beberapa bagian Samudra Pasifik ekuator, dan (b) pemanasan SST anomali di Samudra Atlantik ekuator tropis, dengan anomali lebih besar dari 1°C di beberapa bagian cekungan Atlantik Utara Tropis.

Gambar 6B,C,E,F,H, dan I menunjukkan penampang vertikal kecepatan vertikal anomali (omega) yang dirata-ratakan secara meridional antara 10° LU dan 10° LS (panel B,E, dan H), dan penampang vertikal kecepatan vertikal anomali (omega) yang dirata-ratakan secara zonal antara 70° BB dan 40° BB (panel C,F, dan I) untuk September, Oktober, dan November 2023. Gambar 6B,E , dan H menunjukkan bahwa penurunan yang terjadi terlihat di Amazon, seperti yang diilustrasikan oleh anomali kecepatan vertikal (omega) positif di sebelah timur 70° BB, dan gerakan vertikal menaik yang terjadi terlihat di Pasifik ekuator yang lebih hangat dari biasanya, seperti yang diilustrasikan oleh anomali kecepatan vertikal (omega) negatif di sebelah timur 100° BB, yang menunjukkan sirkulasi Walker anomali yang konsisten dengan kondisi El Niño yang teramati. Gambar 6C,F , dan I menunjukkan bahwa penurunan tanah yang dominan terlihat di Amazon, seperti yang diilustrasikan oleh anomali kecepatan vertikal positif (omega) di sebelah selatan khatulistiwa. Selain itu, gerakan vertikal menaik yang dominan terlihat di Atlantik utara, seperti yang diilustrasikan oleh kecepatan vertikal negatif (omega) di sebelah utara khatulistiwa, yang menggambarkan sirkulasi Hadley yang tidak normal yang konsisten dengan pemanasan SST yang tidak normal yang diamati di Samudra Atlantik utara yang tropis.

Curah hujan harian ekstrem di Brasil Selatan
Tahun 2023 ditandai dengan jumlah curah hujan yang tinggi, terutama di negara bagian RS dan SC (Gambar 4 ). Beberapa episode curah hujan ekstrem harian dikaitkan dengan siklon skala sinoptik, dan total empat kejadian (yang terjadi pada bulan Juni, Juli, September, dan Oktober) dipilih berdasarkan karakteristik curah hujan dan dampak yang diamati. Untuk empat siklon terpilih tahun 2023, Gambar 7 menggambarkan tiga informasi: akumulasi curah hujan (panel AD), rasio antara curah hujan ini (panel EH) dan akumulasi curah hujan bulanan, dan kecepatan angin untuk hari itu dengan angin maksimum di atas benua selama siklus hidup siklon (panel IL).

Siklon dari 14 hingga 22 Juni 2023, menghasilkan pusat presipitasi intens yang sangat terlokalisasi (∼240 mm) di RS timur (Gambar 7A ). 8 hari siklon ini bertanggung jawab atas sebagian besar presipitasi bulanan, dengan di atas 80% rata-rata bulanan di bagian timur RS (Gambar 7E ). Hari dengan angin maksimum (16 Juni, Gambar 7I ) terjadi di lokasi yang sama dengan pusat presipitasi yang lebih intens, di sepanjang pantai RS dan wilayah Laguna dos Patos (∼30°S–51° W). Angin mencapai maksimum sekitar 18 m/s (∼64 km/h), mirip dengan yang diamati di stasiun meteorologi Tramandai, seperti yang ditunjukkan dalam Bartolomei et al. 19 Siklon ini bertanggung jawab atas sebagian besar anomali presipitasi positif yang ditunjukkan untuk area yang sama sebelumnya pada Gambar 1B . Dalam hal ekstrem, selama 6 dari 8 hari siklus hidup siklon, curah hujan harian melebihi P 95 (mempertimbangkan klimatologi periode 1991–2020). Gambar 8 menyajikan perbedaan antara curah hujan harian pada hari-hari siklon dan P 95 untuk hari ketika perbedaan ini mencapai maksimum di seluruh benua. Perbedaannya melebihi 80 mm/hari di area inti yang sangat terkonsentrasi di timur RS, yang merupakan area terpadat di wilayah tersebut (Gambar 8A ). Kerusakan yang terkait dengan siklon ini termasuk sedikitnya 16 kematian 19 dan kerugian ekonomi yang signifikan, dengan lebih dari 10.000 orang mengungsi dari tempat tinggal mereka. 45

Meskipun dengan intensitas curah hujan terakumulasi yang lebih sedikit, bulan Juli menjadi tuan rumah bagi siklon lain yang berdampak pada Brasil Selatan. Itu terjadi antara 12 dan 16 Juli, yang mengakibatkan setidaknya satu kematian 19 dan 1000 orang mengungsi dari tempat tinggal mereka. 45 Selama kejadian ini, akumulasi curah hujan mencapai sekitar 120 mm (Gambar 7B ), mewakili ∼60% dari akumulasi bulanan untuk sebagian besar RS (Gambar 7F ). Kecepatan angin maksimum yang terkait dengan siklon ini mencapai sekitar 24 m/dtk (86 km/jam, 13 Juli) di area yang meliputi Laguna dos Patos, barat laut, dan pantai RS (Gambar 7J ). Kecepatan angin ini serupa dalam kumpulan data yang berbeda, misalnya, analisis MSWX dan pengamatan stasiun meteorologi di Porto Alegre pada 13 Juli pukul 12 UTC, yang mencatat 23 m/dtk. 19 Meskipun jumlah curah hujan terakumulasi tidak setinggi siklon Juni, curah hujan melebihi P 95 selama 3 hari siklon Juli. Untuk hari curah hujan maksimum, Gambar 8B menunjukkan bahwa, di sebagian besar wilayah RS, curah hujan melebihi P 95 lebih dari 20 mm/hari.

Dari tanggal 2 hingga 5 September, siklon lain berdampak besar di selatan Brasil, dengan kerusakan terkait termasuk 54 kematian yang dikonfirmasi oleh Pertahanan Sipil Rio Grande do Sul, 25 dan lebih dari 5000 orang mengungsi dari tempat tinggal mereka. 44 Peristiwa ini dianggap sebagai bencana alam terburuk di Rio Grande do Sul saat itu. Pola curah hujan barat laut/tenggara (29°S–33°S dan 58°W– 48°W) yang meliputi sebagian besar RS menunjukkan presipitasi yang terkait dengan front dingin (Gambar 7C ). Untuk siklus hidup siklon, akumulasi curah hujan lebih dari 200 mm diamati di area tengah RS (Gambar 7C ), yang di atas tengah-utara RS mewakili hingga 60% dari klimatologi bulanannya (Gambar 7G ). Curah hujan yang melebihi P 95 tercatat pada 3 dari 4 hari kejadian, dengan perbedaan terbesar antara curah hujan harian dan P 95 terjadi di bagian tengah RS (Gambar 8C ), di mana curah hujan harian melebihi P 95 hingga 135 mm/hari. Untuk hari dengan angin maksimum, kecepatan sekitar 10 m/s (sekitar 36 km/jam, 5 September) diamati di wilayah Laguna dos Patos dan pantai RS (Gambar 7K ).

Pada bulan Oktober, sebuah siklon terjadi antara tanggal 3 dan 6 Oktober. Akumulasi curah hujan untuk periode ini (Gambar 7D ) menunjukkan nilai sekitar 100 mm di wilayah yang hampir sama dengan pola bulan September, lebih terkonsentrasi di utara RS dan timur PR, tetapi dengan intensitas yang jauh lebih rendah, karena bulan September, sebagai contoh, menunjukkan nilai sekitar 200 mm untuk wilayah yang sama. Ini juga mencerminkan persentase curah hujan bulanan (Gambar 7H ), yang menunjukkan bahwa sekitar 30−40% dari curah hujan bulan itu terjadi dalam periode ini. Kecepatan angin maksimum di atas benua terjadi pada tanggal 3 Oktober (Gambar 7J ) di wilayah selatan Rio Grande do Sul, mencapai sekitar 10 m/s (36 km/jam). Selain itu, pada tanggal 4 Oktober, curah hujan harian melampaui persentil klimatologis ke-95 hingga 75 mm/hari (Gambar 8D ).

Rata-rata tahunan dan anomali kerapatan siklogenesis untuk tahun 2023 ditunjukkan pada Gambar 9A . Kepadatan menunjukkan empat inti siklogenesis utama: pantai Brasil Selatan, pantai Uruguay, kawasan perbatasan tripartit (Uruguay barat laut–Brasil selatan–Argentina timur laut), dan Brasil Tenggara (Gambar 9A ). Inti-inti siklogenesis ini mencakup kejadian-kejadian siklogenesis yang bergerak ke timur dan memengaruhi Brasil selatan dengan curah hujan lebat. Dibandingkan dengan klimatologi, pada tahun 2023, terdapat lebih sedikit siklogenesis di bagian tengah RS, sementara siklogenesis meningkat di sektor timur laut dan barat RS (Gambar 9B ). Anomali positif siklogenesis yang tinggi di ujung barat dan timur laut RS (Gambar 9B ) mungkin telah menyebabkan lebih banyak curah hujan di timur, yang berkontribusi pada peningkatan kemunculan front dingin terkait. Sinyal siklon frontal dalam curah hujan ditunjukkan oleh pola akumulasi curah hujan yang meluas ke arah timur-barat di Brasil Selatan (lihat Gambar 7A-D ).

Dominasi pola presipitasi frontal juga dapat dijelaskan dari perspektif musiman. Gambar S6 menunjukkan musim dingin (JJA) dan musim semi (SON), yang mencakup siklon Juni dan September yang dijelaskan sebelumnya, yang menunjukkan anomali kepadatan positif di sebelah timur dan sepanjang pantai Brasil Selatan. Hal ini juga dapat menunjukkan anomali presipitasi yang terkonsentrasi di bagian timur wilayah tersebut, serta pola memanjang timur-barat untuk presipitasi yang diamati di keempat siklon yang disorot sejauh ini.

Ketika menganalisis kejadian kerusakan yang terkait dengan peristiwa cuaca ekstrem di wilayah selatan Brasil pada tahun 2023, yang meliputi kerusakan yang disebabkan oleh badai konvektif, banjir bandang, banjir, dan tanah longsor di setiap kotamadya negara bagian, Oktober mencatat jumlah bencana tertinggi di wilayah tengah, yaitu 45 bencana yang terjadi di negara bagian SC. Sebaliknya, wilayah barat dan utara, yang meliputi negara bagian RS dan PR, mengalami kejadian terbanyak antara bulan Agustus dan November, dengan negara bagian PR mencatat jumlah kejadian tertinggi di kedua negara bagian tersebut. Perlu dicatat, meskipun curah hujan pada bulan Oktober sebelumnya menunjukkan anomali yang signifikan, anomali ini tidak mengakibatkan peningkatan kejadian bencana yang sesuai.

Hal ini menimbulkan pertanyaan: Jika presipitasi yang terkait dengan siklon pada tanggal 3-6 Oktober tidak mencatat akumulasi yang substansial seperti siklon lainnya, apa yang menjelaskan banyaknya bencana di bulan ini? Mengapa Oktober dan bukan bulan-bulan lainnya, di mana peristiwa siklon menyebabkan jumlah presipitasi tertinggi? Mungkin masuk akal untuk berasumsi bahwa siklon Oktober tidak memainkan peran utama dalam menyebabkan bencana, atau setidaknya itu bukan satu-satunya faktor. Dari asumsi ini, dapat dihipotesiskan bahwa periode kering yang berkepanjangan antara Maret dan Agustus, diikuti oleh peningkatan presipitasi yang signifikan dari September dan seterusnya, menyebabkan pemulihan kelembaban tanah yang cepat (Gambar S7 ). Akibatnya, pada bulan Oktober, tanah mungkin telah mencapai kejenuhan, mengurangi kemampuannya untuk menyerap curah hujan tambahan dan meningkatkan potensi limpasan. Selain itu, terjadinya siklon lain, yang tidak sekuat yang terjadi sebelumnya, seperti pada bulan September, misalnya, mungkin cukup untuk memicu bencana ini dalam kondisi yang sudah rentan.

Gelombang panas yang memecahkan rekor pada musim semi 2023
Gelombang panas yang memecahkan rekor pada musim semi 2023 menandai fenomena yang belum pernah terjadi sebelumnya di berbagai wilayah Brasil, seperti yang ditunjukkan sebelumnya pada Gambar 1 dan Gambar 3 , yang konsisten dengan tren global menuju peristiwa cuaca ekstrem. Selama periode ini, dua gelombang panas yang signifikan melanda sebagian besar wilayah Brasil dan negara-negara tetangga, meningkatkan suhu maksimum hingga 10°C di atas klimatologi di Brasil tenggara dan tengah-barat (Gambar S8 ).

Seperti yang dijelaskan secara rinci di bagian Pendahuluan, gelombang panas awal musim semi dimulai pada pertengahan September dan berlangsung selama sekitar 10 hari, yang berkontribusi terhadap anomali suhu tertinggi yang diamati dalam satu bulan di Brasil. Untuk Brasil bagian tenggara dan tengah-barat, Gambar S8 menunjukkan rangkaian waktu anomali harian terkait klimatologi tahun 1991–2020 dalam suhu udara maksimum yang dihitung menggunakan berbagai stasiun meteorologi. Khususnya, suhu yang lebih hangat terus berlanjut selama periode yang dianalisis baik untuk wilayah tengah-barat maupun tenggara Brasil. Suhu tertinggi terjadi pada paruh kedua September 2023, dengan anomali positif melebihi 4°C selama 6 hari berturut-turut di kedua wilayah.

Episode gelombang panas berikutnya terjadi pada bulan November, ditandai dengan suhu yang sangat tinggi melebihi 40°C di beberapa lokasi. Selama kejadian ini, anomali suhu positif melebihi 6°C selama 9 hari berturut-turut di kedua wilayah (Gambar S8 ). Seperti yang dilaporkan oleh INMET, banyak kota besar mencatat rekor suhu baru, termasuk Cuiabá (44,2°C), Belo Horizonte (37,5°C), Manaus (40,0°C), dan Rio de Janeiro (39,6°C). Araçuaí, di negara bagian Minas Gerais, mencatat suhu tertinggi yang pernah diamati di Brasil (44,8°C, INMET). São Paulo (stasiun meteorologi Mirante do Santana) mengalami suhu tertinggi kedua yang pernah tercatat pada tanggal 13 dan 14 November (37,7°C), hanya 0,1°C lebih rendah dari rekor historisnya yang ditetapkan pada tanggal 17 Oktober 2014 (INMET). Kedua peristiwa gelombang panas yang luar biasa berakhir dengan cara yang sama, yaitu dengan penurunan suhu yang tiba-tiba terkait dengan serbuan front dingin (tidak diperlihatkan).

Jika dibandingkan dengan tahun-tahun sebelumnya, periode September hingga Desember 2023 di stasiun meteorologi Mirante de Santana di São Paulo (tidak ditampilkan) menunjukkan suhu maksimum rata-rata tertinggi sebesar 29,5°C, dengan 48 (16) hari melebihi persentil ke-90 (ke-99). Hasil ini sesuai dengan penelitian sebelumnya 49 , 50 yang juga mengamati tren positif dalam frekuensi gelombang panas sejak tahun 1980-an.

Untuk memahami mekanisme di balik peristiwa gelombang panas Musim Semi 2023, kami menganalisis pola sirkulasi atmosfer yang umum. Gambar 10 menunjukkan fitur skala besar pada tingkat tekanan yang berbeda untuk gelombang panas 17-27 September 2023, dan 11-18 November 2023. Kedua peristiwa tersebut menunjukkan pola anomali skala besar yang serupa. Anomali suhu udara dekat permukaan positif yang besar mendominasi Amerika Selatan bagian tengah-utara, dengan suhu melebihi 5 °C di Paraguay, Argentina utara, dan Brasil selatan (Gambar 10A , B ). Sirkulasi angin zonal pada 200 hPa (Gambar 10E , F ) menunjukkan aliran jet barat yang menguat yang membentang dari Samudra Pasifik subtropis ke Samudra Atlantik Selatan di garis lintang tengah, dengan angin maksimum di atas cekungan La Plata (melebihi 50 m/s), sementara angin barat yang melemah di Amerika Selatan bagian tengah-utara dikaitkan dengan sirkulasi antisiklon. Pada 850 hPa, kondisi yang lebih kering terjadi di Brasil tengah dengan anomali kelembapan spesifik negatif (Gambar 10G , H ), sedangkan Brasil selatan menunjukkan peningkatan kelembapan yang didorong oleh angin utara. Punggungan tingkat tengah yang terkait dengan anomali geopotensial 500-hPa positif (Gambar 10C , D ) meningkatkan penurunan di Brasil tengah dan tenggara, menekan presipitasi dan meningkatkan suhu karena peningkatan radiasi matahari dan kompresi adiabatik. 51 Kedua kejadian tersebut juga menampilkan rangkaian gelombang seperti Pasifik–Amerika Selatan (PSA) yang memperkuat sirkulasi antisiklon tingkat atas di atas Amerika Selatan bagian tenggara, seperti yang ditunjukkan oleh fungsi aliran 200-hPa (Gambar S9 ). Rangkaian gelombang ini memanjang dari Pasifik Selatan ke Samudra Atlantik Selatan, menyerupai fase positif mode PSA pertama 52 dan menunjukkan transisi barotropik ke baroklinik saat merambat ke arah ekuator.

Namun, ada beberapa perbedaan antara kedua gelombang panas tersebut: anomali suhu udara permukaan positif pada bulan November lebih besar dibandingkan dengan bulan September; angin timur yang tidak normal di wilayah atas lebih kencang pada bulan November dibandingkan dengan bulan September, dan Brasil bagian selatan mengalami kondisi yang lebih lembap selama gelombang panas bulan November. Perbedaan ini menyoroti variasi dalam intensitas dan dinamika atmosfer meskipun pola skala besar secara keseluruhan serupa.

RINGKASAN DAN KESIMPULAN
Karya ini memberikan analisis terperinci tentang peristiwa iklim yang intens, dan beberapa di antaranya ekstrem, yang berdampak pada Brasil sepanjang tahun 2023. Tahun itu ditandai sebagai tahun terpanas yang pernah tercatat di negara itu hingga tahun itu, dengan anomali suhu rata-rata tahunan sebesar +0,84°C relatif terhadap klimatologi 1991–2020, dengan rekor suhu maksimum yang memecahkan rekor di banyak stasiun meteorologi (Araçuaí [MG] mencatat suhu tertinggi yang pernah tercatat, mencapai 44,8°C). Secara regional, anomali suhu positif terbesar diamati di wilayah utara, timur laut, dan tenggara, sementara wilayah selatan menunjukkan sinyal yang lebih beragam, dengan periode suhu di bawah dan di atas rata-rata.

Dalam hal curah hujan, tahun ini ditandai dengan kondisi ekstrem basah dan kering. Brasil Selatan mengalami peningkatan curah hujan yang cukup besar, yang sering dikaitkan dengan siklon yang membawa hujan lebat dalam interval waktu yang singkat, yang merupakan bagian yang signifikan dari curah hujan bulanan dan menyebabkan bencana alam. Anomali kepadatan tahunan menunjukkan bahwa jumlah siklogenesis yang lebih besar pada tahun 2023 di wilayah barat daya dan timur laut ekstrem RS dikaitkan dengan peningkatan curah hujan di Brasil Selatan. Wilayah ini mengalami beberapa curah hujan ekstrem harian, yang terutama disebabkan oleh empat siklon signifikan yang terjadi pada bulan Juni, Juli, September, dan Oktober. Peristiwa ini menyebabkan dampak yang meluas, dengan total curah hujan harian sering kali melebihi persentil klimatologis ke-95 dan berkontribusi terhadap persentase besar dari akumulasi curah hujan bulanan. Siklon Juni, yang membawa hingga 240 mm hujan di RS timur, menyebabkan banjir dan tanah longsor yang parah, sementara peristiwa Juli menimbulkan angin kencang, yang mencapai 24 m/s di atas benua, dan gangguan lebih lanjut. Siklon September, yang paling merusak tahun ini, mengakibatkan lebih dari 3000 orang mengungsi dari rumah mereka. Meskipun siklon Oktober relatif kurang intens dibandingkan dengan tiga siklon lainnya, siklon ini mengikuti pola curah hujan yang sama, yang menunjukkan pengaruh berulang dari sistem ini terhadap iklim di wilayah tersebut dan menyoroti perlunya kesiapsiagaan bencana yang efektif.

Selama musim panas selatan tahun 2023, sebuah peristiwa hujan lebat terjadi di pantai utara negara bagian São Paulo, mungkin peristiwa dengan akumulasi curah hujan tertinggi yang tercatat di Brasil dalam satu hari (682,8 mm), yang mengakibatkan 65 kematian. Peristiwa ekstrem ini dikaitkan dengan berbagai faktor dinamis dan termodinamika: Lintasan front dingin kutub, aksi mesosiklon di troposfer bawah, sirkulasi yang mirip dengan jet tingkat rendah Amerika Selatan (dari Amazon menuju pantai São Paulo), Samudra Atlantik Selatan subtropis yang lebih hangat dari biasanya, dan efek orografis pegunungan Serra do Mar. Lebih jauh lagi, catatan tahun 2023 melampaui nilai tertinggi yang dilaporkan oleh da Silva et al. 24 , yaitu 346,6 mm, yang terjadi pada tanggal 5 Januari, 10 Maret, dan 12 dan 31 Desember 1999. Gambar 6C dari penelitian oleh Oda et al. Gambar 23 mengilustrasikan bahwa, pada hari-hari ketika curah hujan total harian melebihi persentil ke-99, terjadi peningkatan anomali kelembapan dan perpindahan udara hangat dari daerah tropis ke pantai utara-tengah São Paulo. Angin 850 hPa, yang berasal dari kuadran barat Antisiklon Subtropis Atlantik Selatan, dibelokkan oleh Andes, bergabung dengan aliran anomali dari Samudra Pasifik Khatulistiwa timur menuju Brasil Tenggara. Selain itu, siklogenesis diamati di selatan pantai utara-tengah São Paulo.

Sebaliknya, Brasil bagian utara, khususnya Amazon, mengalami kekeringan yang berkepanjangan dan parah, dengan defisit curah hujan yang signifikan pada bulan September, Oktober, dan November, yang memengaruhi ekosistem dan masyarakat setempat. Faktor pemaksaan skala besar yang berlaku untuk kekeringan Amazon musim semi 2023 di wilayah selatan adalah fenomena El Niño di Samudra Pasifik khatulistiwa, dan pemanasan SST yang tidak normal di Samudra Atlantik Utara tropis, yang menyebabkan penurunan tanah yang tidak normal di sebagian besar wilayah Amazon karena perubahan sirkulasi zonal (Walker) dan meridional (Hadley).

Gelombang panas merupakan fenomena yang signifikan sepanjang tahun, terutama selama musim semi di wilayah Australia. Indeks WSDI menunjukkan bahwa beberapa stasiun di wilayah utara dan timur laut mencatat lebih dari 100 hari gelombang panas, dengan durasi dan besaran yang belum pernah terjadi sebelumnya. Brasil bagian tenggara dan tengah-barat mengalami dua gelombang panas yang hebat akibat pola sinoptik yang dicirikan oleh punggungan tengah-troposfer yang persisten dan tidak normal di atas Brasil bagian tengah dan tenggara. Sistem ini memerangkap udara hangat, yang menyebabkan suhu tinggi yang berkepanjangan (anomali suhu positif hingga 4°C) di sebagian besar wilayah Brasil bagian tenggara. Situasi ini mungkin terkait dengan kondisi El Niño, yang biasanya menghasilkan rangkaian gelombang seperti PSA yang menjalar dari Pasifik Selatan ke Atlantik Selatan. Studi oleh Sun, Xue, & Zhou 53 menunjukkan bahwa peristiwa El Niño kanonik, seperti yang diamati pada tahun 2023, mengintensifkan mode PSA, menciptakan anomali sirkulasi skala besar yang dapat memengaruhi pola cuaca di Amerika Selatan, termasuk pembentukan punggungan dan gelombang panas yang persisten.

Sebagai kesimpulan, 2023 merupakan tahun terjadinya peristiwa iklim ekstrem di Brasil, yang mencerminkan tren pemanasan global dan menyoroti perlunya tindakan mitigasi dan adaptasi untuk mengatasi perubahan iklim dan dampaknya yang semakin parah di negara tersebut. Dampak-dampak ini, khususnya dimensi sosial dan ekonominya, merupakan topik penting untuk studi-studi mendatang. Meningkatnya intensitas dan frekuensi peristiwa iklim ekstrem menempatkan Brasil pada posisi yang mendesak untuk memperkuat strategi respons, yang bertujuan untuk mengurangi kerentanan dan melindungi sumber daya alam serta masyarakat yang terkena dampak secara langsung.