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En esta tesis doctoral se estudiaron las interacciones entre las variables ligadas a losprocesos de acople suelo-atmósfera, sus posibles vínculos con la duración de losperiodos secos y sus potenciales cambios bajo un escenario intermedio de emisiones degases de efecto invernadero sobre Sudamérica (SA). Para ello, se utilizaron datosprovenientes de simulaciones numéricas realizadas con modelos climáticos regionales. Asimismo, se evaluó la capacidad de diferentes reanálisis para reproducir la climatologíade las temperaturas máximas de verano y mínimas de invierno para el sudeste de SA (SESA). La incertidumbre inherente al uso de datos de reanálisis de temperatura máxima y mínimaen SESA se estudia a través de la comparación de campos medios estacionales y devariabilidad de tres reanálisis con una base de datos observacional para el periodo 1961- 2000. El error del ensemble de reanálisis presenta magnitudes similares para ambasvariables, pero la dispersión entre los reanálisis individuales es mayor en verano. Loserrores en la temperatura están en parte vinculados con errores en la determinación delos flujos de calor sensible y latente así como de la radiación neta. Los errores en ladistribución geográfica de las anomalías espaciales de temperatura tienen una magnitudsimilar para los reanálisis y para los modelos regionales analizados. También se estudian los cambios entre los periodos 1981-2000 y 1961-1980 en lavariabilidad diaria, en la interanual y en los extremos (percentiles 75 y 25) de latemperatura máxima en verano y mínima en invierno. El patrón geográfico de los cambiosentre los dos períodos de la variabilidad diaria de ambas variables es similar al patróngeográfico de los cambios en los extremos de éstas. Sobre la Argentina, en general, seencuentra una disminución en la frecuencia de días calurosos en verano y de noches fríasen invierno consistente con una disminución en la variabilidad diaria. Los cambios entrelos dos períodos sugieren un corrimiento hacia el sudoeste en la zona de máximavariabilidad interanual de la temperatura máxima para la climatología observacionalposiblemente asociado con cambios en la variabilidad de la precipitación. En general, losreanálisis tienen dificultades para capturar los principales patrones geográficos de loscambios de la variabilidad diaria e interanual de las variables estudiadas entre los dosperíodos. La respuesta de la precipitación, la temperatura y la evapotranspiración al cambioclimático para el verano austral son analizadas para SA utilizando proyecciones de tresmodelos regionales. Los feedbacks locales entre la superficie continental y la atmósferapueden ayudar a los vínculos entre estas variables en algunas regiones de SA. Loscambios en la precipitación proyectados para el periodo 2071-2100 presentan unarespuesta positiva en SESA. La variabilidad interanual de la evapotranspiración tiene unadistribución geográfica similar a la de la variabilidad de la temperatura, con un máximo en SESA, sugiriendo que estas dos variables están interrelacionadas. En el clima actual, SESA es una zona de transición donde la evapotranspiración depende de la disponibilidadde agua en la superficie (régimen controlado por el contenido de humedad del suelo). Mientras que las proyecciones muestran que el régimen de la evapotranspiracióncontinuará siendo controlado por la humedad del suelo, la magnitud de la correlaciónnegativa entre la temperatura y la evapotranspiración disminuye (en valor absoluto) parael periodo 2071-2100 en áreas donde se incrementa la disponibilidad de agua en el suelo. La variabilidad interanual de la temperatura y la evapotranspiración tiende a disminuir en SESA. En cambio, en la Meseta Brasileña los modelos proyectan cambios opuestos a los de SESA. Además, el estudio de la circulación regional muestra que un flujo mediointensificado del norte en niveles bajos tiende a inhibir las condiciones de acople sobre SESA, i. e. contribuye a disminuir la sensibilidad de la temperatura y la evapotranspiracióna variaciones en la precipitación, mientras que un flujo debilitado favorecerá el acople. Deacuerdo a los modelos, esta intensificación del viento del norte está asociada a unaumento en la circulación ciclónica asociada a la baja del Chaco y un incremento del flujoproveniente del alta subtropical del Atlántico. Por último, utilizando una definición dependiente del modelo y del punto de retícula sedeterminan periodos secos sobre SA y se analiza su duración media, a escala anual, parasimulaciones de clima presente y para un posible escenario de cambio climático. A suvez, estos resultados son comparados con los regímenes de aridez generados por elíndice de Budyko y se muestra que la transición hacia un régimen más árido en la Meseta Brasileña estaría acompañada por un incremento en la duración de los periodos secos yuna disminución en su frecuencia de ocurrencia. El aumento de las condiciones secassobre la Meseta Brasileña favorecería al incremento de feedbacks locales entre el suelo yla atmósfera que pueden contribuir a la generación de periodos secos de mayor duración. In this PhD thesis the interactions among variables associated to land surface-atmospherecoupling processes, their possible links with dry spells length and their potential changesunder an intermediate emissions scenario of GHG were studied in South America (SA). Todo this, numerical simulations data generated with regional climate models were used. Moreover, it was evaluated the skills of reanalysis to reproduce the climatology of australsummer maximum temperature and winter minimum temperature in southeastern of SA (SESA). The inherent uncertainty due to use of data from reanalysis of maximum (TX) andminimum temperature (TN) in SESA is studied through the comparison of seasonal meanfields and the variability of the three reanalysis with an observational dataset for the period 1961-2000. The bias of ensemble of reanalysis presents similar magnitudes for bothvariables, but the dispersion among reanalysis datasets is greater in summer. The bias intemperature is, hence, in part linked to the error in determination of the sensible and latentheat flux as well as the net surface radiation. The errors in the geographical distribution ofspatial anomalies of temperature have a similar magnitude for both reanalysis and regionalclimate models analyzed. The changes in daily and interannual variability and extremes of maximum temperature ofsummer and minimum temperature of winter between periods 1981-2000 and 1961-1980are also studied. The geographical pattern of change of daily variability between bothperiods and for both variables is similar to geographical pattern of change of extremes. In Argentina, there is a decrease in the frequency of hot days in summer and cold nights inwinter, consistently with a decrease in daily variability. The changes between both periodssuggest a shift toward southwest in the zone of maximum interannual variability ofmaximum temperature according to the observational climatology, possibly linked withchanges in precipitation variability. In general, the reanalysis analyzed have difficulties toreproduce the main geographical patterns of changes in daily and interannual variability ofstudied variables between both periods. The response to climate change of precipitation, temperature and evapotranspiration (ET)for austral summer is analyzed in SA using projections of three regional models. The localfeedbacks between land surface and atmosphere can help to the links among thesevariables in some regions of SA. The projected changes of precipitation for 2071-2100present a positive response in SESA. The interannual variability of ET has a geographicaldistribution similar to the variability of temperature, with a maximum in SESA, suggestingthat these two variables are intercorrelated. In the present climate, SESA is a transitionzone where ET depends on surface water availability (soil moisture-controlled regime). Although the projections show that ET regime will remain soil moisture-controlled, themagnitude of correlations between temperature and ET decrease (in absolute value) for 2071-2100 in areas where increase soil water availability. The interannual variability oftemperature and ET tends to decrease in SESA. However, in the Brazilian Highlands themodels project opposite changes to SESA. On the other hand, the study of regionalcirculation shows that a strengthening northerly mean wind in low levels tends to inhibit thecoupled conditions in SESA, i. e. it promotes the reduction of sensibility of temperatureand ET to variations of precipitation, whereas a weakening northerly mean wind favorscoupling conditions. According to the models, this strengthening of the northerly wind ismainly produced by the increase in the cyclonic circulation associated to the Chaco Lowand to an increment of the easterly flux from the Atlantic subtropical High. Finally, it is using a gridpoint- and model- dependent definition to determine dry spells in SA and to analyze its mean length, at annual scale, for simulations of present climate andunder a possible climate change scenario. In turn, these results are compared with thearidity regimes calculated with the Budyko Index and it is shown that the transitionprojected toward a drier regime in the Brazilian Highlands could be accompanied by alengthening of dry spells and a reduction of their frequency. The strengthening of dryconditions in the Brazilian Highlands could favor the increase of local feedbacks betweenland surface and atmosphere which contribute to lengthen dry spells. Fil: Zaninelli, Pablo Gabriel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Los procesos físicos intervinientes en la interacción de la superficie continental con laatmósfera son de vital interés en el campo de la climatología. El conocimiento de laszonas con fuerte influencia del suelo sobre la precipitación contribuye a mejorar lapredictibilidad en distintas escalas temporales, principalmente la estacional. Pocosestudios se han realizado sobre Sudamérica hasta el momento y, sobre otras regionesprincipalmente se han realizado durante el período estival. Los conceptos de acople,retroalimentación y memoria son diferenciados para luego ser empleados en distintosanálisis realizados sobre simulaciones obtenidas de modelos climáticos regionales. Gran parte del sudeste de Sudamérica (SESA) ha sido caracterizado como una zona dealta eficiencia de acople (EA) entre la humedad del suelo y la evapotranspiracióndurante un verano en un estudio previo con el modelo climático regional RCA3-E. Ental contexto, en esta Tesis se estudian procesos físicos entre distintas variables desuperficie como la humedad del suelo, la evapotranspiración y la precipitación. Distintas subregiones dentro de SESA permiten identificar que donde la EA es alta, laevapotranspiración se encuentra regulada por la humedad del sueloindependientemente de la intensidad media de la precipitación. La memoria, de lahumedad del suelo es mayor y tiene un patrón espacial más robusto en la capa desuelo profunda que en la capa superficial. Donde la EA es elevada en general lamemoria de la capa profunda de suelo es baja, sugiriendo que la atmósfera se vemayormente influenciada en escala estacional por la dinámica más lenta de lasuperficie. El estudio de interacción superficie – atmósfera sobre Sudamérica se amplía utilizandouna nueva versión del modelo (RCA4). Se encuentra que SESA es una zona detransición climática durante el verano, otoño y primavera en el período 1980-99. Allí,se definen períodos con condiciones anómalamente secas ó húmedas del suelo, endonde resulta interesante estudiar el acople. Mediante simulaciones controladas seencuentra que el acople resulta ser máximo en SESA, durante la estación estival y concondiciones secas de la superficie continental. Mientras que la EA es máxima en toda SESA, el acople de la humedad del suelo con la precipitación se produce solamente aleste de la región. Los patrones espaciales de acople entre la humedad del suelo ydistintas variables de la capa límite atmosférica revelan que la energía estática húmeday su gradiente vertical son las variables que contribuyen al desarrollo de laprecipitación, como resultado del flujo total en superficie que es afectado por lahumedad del suelo solo en la región este de SESA. Otra métrica estadística de acople es implementada sobre simulaciones climatológicasde cuatro modelos climáticos regionales en el contexto de un proyecto deinvestigación. Los resultados sugieren, consistentemente con los resultados previos,que el acople también es máximo en SESA durante el verano, el otoño y la primavera. Palabras claves: interacción superficie – atmósfera, intensidad del acople, procesos físicos, sudeste de Sudamérica, humedad del suelo, evapotranspiración, precipitación, modelado climático regional. Physical processes which are involved in the interaction of the land surface with theatmosphere are of vital interest in the field of climatology. The knowledge of the areaswhere the soil strongly influences on precipitation helps improving the predictabilityon different time scales, mainly on the seasonal one. Few studies have been conductedon South America so far, and other regions have been analyzed mostly during thesummer period. Concepts of coupling, feedback and memory are carefully explainedand later on they are applied over regional climate model simulations. A large portion of southeastern South America (SESA) has been characterized as ahigh-efficiency coupling zone (EA) between soil moisture and evapotranspirationduring a summer in a previous study with the regional climate model RCA3-E. In thiscontext, the Thesis addressed physical processes between different surface variablessuch as soil moisture, evapotranspiration and precipitation. Sub-regions within SESApermit to identify that EA is high where the evapotranspiration is regulated by soilmoisture regardless of the mean intensity of precipitation. Memory of soil moisture islarger and has a more robust spatial pattern for the root-zone layer than the surfacelayer. EA is high, in general where the memory of the root-zone layer is low, suggestingthat the atmosphere is largely influenced at the seasonal scale by the slower dynamicof the surface. The study of land surface – atmosphere interaction over South America is expandedusing a new version of the model (RCA4). It is found that SESA is a climatic transitionzone during the summer, fall and spring in 1980-99. There, different periods of wet ordry soil conditions are defined for studying the coupling. Through controlledsimulations it is found that the coupling is the highest in SESA during the summerseason and for dry conditions of the land surface. While EA is high throughout SESA,the coupling between soil moisture and precipitation only occurs in its eastern region. The spatial patterns of the coupling between soil moisture and other atmosphericboundary layer variables reveal that the moist static energy and its vertical gradientare the variables that contribute to the development of precipitation as a result of thetotal surface flow that is affected by the soil moisture only in the eastern region of SESA. Another statistic metric of coupling is implemented on longer simulations of fourregional climate models in the context of a project. Consistently to previous results,these results suggest that the coupling is high at SESA during the summer, fall andspring. Keywords: land – atmosphere interactions, coupling strength, physical processes, southeastern South America, soil moisture, evapotranspiration, precipitation, regional climate modeling. Fil: Ruscica, Romina Carla. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El objetivo principal de la presente tesis es contribuir al entendimiento de la interacción entre la humedad del suelo y la atmósfera durante las fases de desarrollo y madurez del monzón Sudamericano. Con este propósito, se desarrolló y analizó un conjunto de experimentos de regionalización dinámica utilizando el modelo atmosférico regional de Rossby Centre (RCA). Este objetivo principal lleva asociado un segundo objetivo relacionado con la herramienta empleada para los experimentos, el modelo regional RCA. RCA fue desarrollado por el Rossby Centre de Suecia con el propósito de estudiar el clima europeo y nórdico, y para su implementación sobre Sudamérica la versión RCA3-E fue desarrollada y evaluada. El tercer objetivo de esta tesis es cuantificar la importancia de las parametrizaciones del clima simulado de Sudamérica. La implementación del modelo regional sobre Sudamérica es uno de los resultados más importantes de esta tesis. Muchos de los errores de la versión original empleada sobre Europa fueron corregidas cambiando la base de datos de superficie y las parametrizaciones de convección, microfísica y cobertura de nubes. La presente tesis contribuye además al entendimiento de la interacción entre la humedad del suelo y la atmósfera durante el monzón Sudamericano. Un invierno seco o húmedo puede tener influencias sobre el desarrollo del monzón tanto en la Amazonia como en los subtrópicos como resultado de alteraciones en los vientos continentales, así como también en el reciclaje de evapotranspiración. El acoplamiento entre la humedad del suelo y la precipitación está conectado al acoplamiento entre la humedad del suelo y la evapotranspiración durante la fase madura del mozón. La Cuenca de la Plata, el Noreste de Brasil y parte de la región del SACZ fueron identificadas como regiones de fuerte acoplamiento entre humedad de suelo y precipitación. La sensibilidad del modelo a parametrizaciones de superficie es máxima durante la primavera. The primary objective of the present thesis is to contribute to the understanding of the soil moisture atmosphere interaction during the development and mature phases of the South American monsoon system. A set of dynamical downscaling experiments over the continent are developed and analyzed for this purpose, using the Rossby Centre Atmospheric regional model (RCA). The primary objective leads directly to secondary objectives related to the tool employed for these experiments, the regional model RCA. RCA was developed at Rossby Centre in Sweden to study European and Nordic climate, and for the implementation of the model over South America the model version employed for the thesis work, RCA3-E, was developed and evaluated. A third objective is to quantify the importance of the land surface parameterizations for the simulated climate of South America. The development of the regional model is one of the most important results of this thesis. Many of the biases in the original version employed over Europe (RCA3) could be corrected by changing the surface database and the parameterizatios of convection, microphysics and cloud cover. This thesis also contributed to the understanding of the interactions between soil moisture and atmosphere during the South American monsoon. The influence of a dry winter on the SAMS can have implications for the development of the monsoon both in the Amazon region and in the subtropics through alternations in the continental winds and by direct evapotranspiration recycling. The coupling between soil moisture and precipitation is connected to the coupling between soil moisture and evapotranspiration during the mature SAMS. The La Plata Basin, North Eastern Brazil and parts of the SACZ region were identified as regions with strong soil moisture precipitation coupling. The sensitivity of the model to land surface parameterizations was found to have a maximum during spring. Fil: Sorensson, Anna Amelia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.