Radar de tempo como estimador da energia cinética da precipitação ajustado por medidas disdrométricas
3. Resultados e discussão 1 Relação entre refletividades
Os valores de refletividade determinados pelos disdrômetros de Garça e Botucatu foram comparados com as medidas realizadas pelo radar de Bauru. O disdrômetro de Bauru não foi incluído nas comparações porque o radar de Bauru, no período de coleta de dados, apresentava deficiência decorrente de problemas técnicos para medidas até 10 km de distância.
Como os valores obtidos pelo radar são “instantâneos”, durante a montagem do CAPPI tomou-se como referência do tempo da medida do radar aquele correspondente ao horário do início da varredura volumétrica (“volume scan”). As medidas dos disdrômetros foram retiradas do minuto correspondente ao horário de CAPPI do radar.
As marchas dos valores de refletividade obtidos pelos disdrômetros de Garça e Botucatu, e pelo radar de Bauru sobre as localidades respectivas podem ser vistas na Figura 1. Num mesmo instante, enquanto o disdrômetro media a distribuição de gotas no solo, o radar estimava a refletividade na altura do CAPPI (3,5 km), ainda na fase aérea da precipitação. Um melhor ajuste dos dados foi obtido com um deslocamento na escala de tempo do radar, correspondente ao tempo de uma varredura (7,5 minutos).
A relação entre os valores de refletividade medidos pelo radar e pelos disdrômetros, após o ajuste na escala de tempo, pode ser também visto na Figura 1. O coeficiente de correlação obtido foi R2 = 0,7482, com os dados dos disdrômetros de Garça e Botucatu e o radar de
Bauru.
Figura 1. Evolução dos valores de refletividade para a chuva registrada por disdrômetros em Garça e Botucatu, em 16 out 1997. À direita, a correlação entre os valores de refletividade pelos disdrômetros e radar, ajustados na escala temporal do radar (a cada 7,5 minutos).
3.2. Refletividade e Energia Cinética
A precipitação do dia 16 de outubro de 1997, selecionada nesta avaliação, foi registrada no solo com início às 13:48 h em Garça e término às 18:43 h em Botucatu. No intervalo de ocorrência, atuou sobre Garça durante 248 minutos, sobre Bauru em 170 minutos, e sobre Botucatu por 144 minutos.
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As informações do radar de Bauru indicavam que se tratava de um sistema precipitante de chuva de natureza estratiforme associado a uma frente fria que atuava na região do Estado de São Paulo. As áreas de precipitação observadas pelo radar mostravam um deslocamento no sentido de oeste para leste, sendo que quando o sistema atuava na região de Botucatu já se encontrava em fase de dissipação.
Nessa precipitação do dia 16, os maiores valores de refletividade e do fluxo de energia cinética foram registrados em Bauru e eram, respectivamente, 44-45 dBZ e 230-250 J/m2.h.
A concentração de valores esteve entre 29 e 35 dBZ , com 30 e 100 J/m2.h. Na Tabela 1 estão apresentados a equação de correlação para a curva de melhor ajuste entre os dados de refletividade e fluxo de energia cinética para Bauru e o coeficiente de correlação correspondente.
Os máximos valores de refletividade e fluxo de energia cinética registrados em Garça foram da ordem de 41-42 dBZ e 230-250 J/m2.h, respectivamente. As concentrações nas medidas
de refletividade e do fluxo de energia cinética ocorreram em duas faixas de valores: entre 20 e 25 dBZ, com 5 e 15 J/m2.h, e entre 32 e 37 dBZ, com 50 e 140 J/m2.h. Os pares de dados
mantiveram uma boa aderência na distribuição com um alto coeficiente de correlação, conforme também mostrado na Tabela 1. O radar de Bauru indicou valores máximos de refletividade sobre Garça na ordem de 37-38 dBZ.
Em Botucatu as intensidades de refletividade e do fluxo de energia cinética foram menores que nos outros locais, tendo os máximos permanecido em 32-33 dBZ e 50-70 J/m2.h. Os
dados correlacionados apresentaram um alto coeficiente de correlação, que está também mostrado na Tabela 1 acompanhando a equação da curva de melhor ajuste.
Tabela 1. Valores derivados dos registros de disdrômetros em 16 out 1997. ____________________________________________________________
Início Término Duração Refletividade X Coeficiente de Localidade (hora) (hora) (minutos) _Energia Cinética____Correlação (R2)
Garça 13:48 17:40 248 Z = 16,33 Ek1,16 0,9899
Bauru 15:03 17:53 170 Z = 17,78 Ek1,13 0,9939
Botucatu 16:19 18:43 144 Z = 17,54 Ek1,09_ 0,9957_____
3.3. Energia Cinética Determinada por Radar
A correlação entre os parâmetros refletividade e fluxo de energia cinética desse sistema de precipitação frontal, para os dados de Garça, Bauru e Botucatu, apresentou pequena dispersão com um coeficiente de correlação R2 = 0,9922, conforme mostrado na Figura 2. A equação da curva de melhor ajuste obtida, foi:
Z = 16,37 Ek1,14 (9)
A partir dessa equação (9) encontrada, o campo de refletividade do radar no raio de alcance 240 km pode ser convertido em fluxo de energia cinética, representando, assim, os valores “instantâneos” do campo do fluxo de energia cinética da precipitação sobre a área. A aplicação da equação (9) pode ser efetuada em qualquer dos CAPPIs gerados pelo radar, atualizados a cada 7,5 minutos. A Figura 3 mostra exemplo do campo de o fluxo de energia cinética das chuvas do dia 16 out 1997, para o raio de 240 km do radar, no horário de 16:46 h (local).
A integração horária dos dados registrados pelo radar e convertidos em fluxo dá o campo de energia cinética da chuva nos 240 km de raio.
4. Conclusões
Considerando-se que no processo de erosão do solo, o desprendimento das partículas do solo se dá principalmente pela ação do impacto das gotas de chuva na superfície de um
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solo descoberto, é importante conhecer o valor do fluxo de energia cinética da precipitação ocorrendo na área sob observação. Quando se determina a energia cinética a partir da intensidade da precipitação medida na superfície por pluviômetros, não se garante o valor da energia cinética obtida, uma vez que a intensidade da chuva e a energia cinética são dependentes diretamente da distribuição do tamanho das gotas, o que por sua vez é também determinante do fator de refletividade do radar. Entretanto, as medidas do pluviômetro e do disdrômetro são pontuais.
Figura 2. Correlação entre os valores calculados para os parâmetros da Refletividade versus Fluxo de Energia Cinética para uma chuva frontal em 16 out 1997, a partir de dados disdrométricos medidos em Garça, Bauru e Botucatu, na área central do Estado de São Paulo, Brasil.
Muito embora os disdrômetros de Garça e Botucatu estivessem situados distantes do radar de Bauru, ainda que a menos de 100 km, os valores de refletividade estimados pelo radar sobre os disdrômetros acompanharam de modo equivalente a marcha dos valores determinados no solo. Para a comparação houve necessidade de um ajuste na escala temporal, uma vez que as estimativas do radar foram feitas durante a fase aérea da precipitação. A correlação entre os valores medidos no solo e no radar apresentou aderência significativa.
Somente os radares de tempo permitem apresentar, detalhadamente, a descrição do campo de precipitação sobre uma área, o que permite, então, a determinação do campo de energia cinética das chuvas sobre extensas regiões, como nestes casos usando o radar de Bauru, com resolução de 1 km2.
As correlações determinadas entre os parâmetros refletividade e fluxo de energia cinética das medidas dos disdrômetros apresentaram pequena dispersão, enquanto as equações das curvas obtidas nos três sistemas foram muito próximas. Tal constatação possibilitou o agrupamento dos dados dos três locais para obtenção de uma equação de conversão única para o dia 16 de outubro de 1997, nesse episódio de chuva frontal fria.
Episódios de precipitação convectiva, verificados em outras situações, não apresentaram características uniformes como as aqui constatadas para a precipitação frontal.
Portanto, para o estabelecimento de valores estatisticamente representativos das relações entre energia cinética e refletividade, devem ser tomados episódios de precipitação por disdrômetro que descrevam os diferentes tipos de precipitação, relacionados às diferentes
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estações do ano, uma vez que as distribuições do tamanho de gotas variam sazonalmente com os diferentes tipos de precipitação.
Figura 9. Campo do Fluxo de Energia Cinética das chuvas de 16 de outubro de 1997, 16:46 h, dado pelo radar de Bauru, com raio de 240 km, CAPPI de 3,5 km. Valores expressos em J/m2.h. As linhas horizontais e verticais referenciam latitude e longitude. As linhas contínuas
indicam as divisas estaduais e, cruzando a imagem na direção sudeste-noroeste, o Rio Tietê.
A partir do conhecimento do campo “instantâneo” de energia cinética das chuvas, e sabendo os tipos de solos de áreas de interesse, é possível estabelecer o potencial erosivo de uma precipitação que se aproxima com o uso de informações do radar de tempo e, dessa maneira, permitir o estabelecimento de ações de prevenção e minimização ao efeito de erosão que a precipitação apresenta.
Agradecimentos
O autor reconhece o trabalho de recuperação de dados do radar desenvolvido pela Técnica Geórgia Pellegrina, e o apoio do Analista Carlos Alberto de A. Antonio no tratamento das imagens de radar.
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