SÉRIES METEOROLÓGICAS HORÁRIAS MÉDIAS EM TORNO DO HORÁRIO DAS RAJADAS DE VENTO

A Figura 4.3 exibe as séries temporais médias horárias de RAJ e PLU obtidas das EMA-INMET para as quatro classes de intensidade de RAJ. Estas séries temporais cobrem o intervalo de +/- 10 horas em torno do horário de registro da RAJ.

Nota-se que tanto o comportamento médio de RAJ (Figura 4.3a) quanto de PLU (Figura 4.3b) apresentaram um máximo isolado bem definido, sem máximos secundários aparentes. Este comportamento, principalmente o observado para as RAJ ≥ 25 m s−1 (RI nas figuras), não é típico de sistemas de precipitação de escala sinótica, mas de eventos de caráter mais “discreto”. Isto ressalta que os critérios empregados no processo de sele- ção de eventos (descritos na Metodologia) foram apropriados para a detecção de rajadas produzidas por tempestades convectivas locais.

Observa-se também que, em média, houve um aumento monotônico de PLU como função da intensidade da RAJ na hora de registro da rajada de vento (Figura 4.3b ). Este resultado não é óbvio uma vez que: (a) tempestades de maior severidade não neces- sariamente apresentam maior eficiência de precipitação; (b) na presença de rajadas de vento mais intensas a medição da precipitação nas estações de superfície se torna menos

Figura 4.3 – Séries temporais horárias de valores médios de (a) rajada máxima (RAJ; em m s−1) e (b) precipitação acumulada (PLU; em mm) registradas pelas EMA-INMET em situações convectivas para as classes de RAJ ≥ 25 m s−1 (linha azul), RAJ entre 20,0 e 24,9 ≥ 25 m s−1 (roxa), RAJ entre 15,0 e 19,9 ≥ 25 m s−1 (verde), e RAJ entre 10,0 e 14,9 ≥ 25 m s−1 _{(vermelha) no setor sul do Brasil no período de 2005 a 2015. O período de} 21 horas mostrado é centrado no horário do relato da rajada máxima pela EMA, indicado como hora 0 (zero) na abscissa dos painéis e pela linha vertical preta.

(a) (b)

acurada dada a intensa turbulência gerada em torno do pluviômetro e a trajetória mais ho- rizontal das gotas de chuva (WMO, 2006). Particularmente em relação ao aspecto (b), a análise é dificultada pelo fato de que não há como se saber se a precipitação acumulada se deu durante e/ou antes e/ou depois das RAJ. É importante também ressaltar a grande diferença no tamanho das amostras entre as quatro classes, de modo que o cálculo da média para as duas classes de amostra maior (RAJ entre 15,0 m s−1 e 19,9 m s−1, linha verde; e RAJ entre 10,0 m s−1 e 14,9 m s−1, linha vermelha) pode ser um fator crucial na redução dos seus respectivos máximos de PLU mostrados na Figura 4.3b.

A Figura 4.4 mostra a distribuição de frequência absoluta de RAJ e PLU para os 250 eventos de RAJ ≥ 25 m s−1. Percebe-se que a grande maioria das RAJ se deu dentro do intervalo de 25 a 33 m s−1 (Fig. 4.4a), com a máxima RAJ sendo de 43,3 m s−1 registrada na EMA de Curitibanos (Santa Catarina; SC) às 06 UTC do dia 21/07/2011. Para a variável PLU (Fig. 4.4b), a maior parte dos eventos de RAJ ≥ 25 m s−1 foi acompanhada de pre- cipitação horária variando entre poucos milímetros e 25 mm; poucos eventos registraram precipitação acumulada acima de 30 mm. O maior valor de PLU foi 50,6 mm, registrado na EMA de São Miguel do Oeste (SC) às 20 UTC de 06/01/2014.

A Figura 4.5 mostra as séries temporais das anomalias médias horárias das variá- veis termodinâmicas em relação aos seus respectivos valores médios dentro do intervalo de +/- 10 h em torno do horário do registro das RAJ. Para a pressão atmosférica (PRS;

65 Figura 4.4 – Histogramas de distribuição de frequência absoluta da (a) velocidade da rajada máxima (m s−1) e (b) precipitação acumulada (mm) no intervalo de 1 hora em que a rajada foi reportada para os 250 episódios de RAJ ≥ 25 m s−1 registradas pelas EMA- INMET no setor sul do Brasil entre 2005 e 2015.

(a) (b)

Figura 4.5a) foi possível detectar, em todas as classes de RAJ, uma mudança do sinal da tendência de PRS, indo de negativa nas várias horas antecedentes às rajadas para posi- tiva nas horas posteriores às rajadas. Analisando um intervalo mais curto, de +/- 3h em torno das RAJ, nota-se, em média, uma ligeira elevação da PRS na hora antecedente à RAJ (i.e., entre as horas -2 e -1), seguida de um aumento abrupto da pressão dentro do intervalo de 1 hora em que a RAJ foi registrada, quando a anomalia de PRS troca de si- nal negativo para positivo em relação à média do período. O aumento de PRS prossegue após o registro da rajada, mas em uma taxa menor. Esta diferença na taxa de variação de PRS parece discriminar dois tipos de comportamento; um associado à variação de PRS na escala meso (frequência mais alta), representando uma mesoalta acompanhando a frente de rajada, e outro na escala sinótica (frequência mais baixa).

É também interessante perceber na Figura 4.5a uma clara dependência entre a amplitude de variação da PRS e a intensidade das RAJ, sendo esta amplitude maior à medida que a magnitude da RAJ aumenta. Este resultado parece consistente com o fato de que rajadas convectivas mais intensas devem estar associadas às perturbações de pressão mais intensas; contudo, mais uma vez, a diferença de tamanho das amostras entre as classes de RAJ pode estar influenciando o resultado mostrado na Figura 4.5a por se tratarem de anomaliasmédias de PRS.

Figura 4.5 – Anomalias médias horárias das variáveis termodinâmicas em relação aos seus respectivos valores médios ao longo do período de 21 horas centrado no horário do registro das RAJ (indicado como hora 0 (zero) nas abscissas) para as classes de RAJ ≥ 25 m s−1(linha azul), RAJ entre 20,0 e 24,9 m s−1(roxo), RAJ entre 15,0 e 19,9 m s−1(verde), e RAJ entre 10,0 e 14,9 m s−1medidas pelas EMA-INMET no setor sul do Brasil no período de 2005 a 2015. (a) pressão atmosférica (PRS, em hPa), (b) temperatura do ar (TMP, em ◦

C), e (c) temperatura do ponto de orvalho (ORV, em °C). As horas negativas [positivas] indicam o período antecedente [posterior] às rajadas de vento, com a linha vertical preta ressaltando a hora do registro das RAJ.

(a) (b)

(c)

Em termos de temperatura do ar (TMP), o gráfico de anomalias médias horárias (Figura 4.5b) mostra a mudança de valores positivos antes das RAJ para negativos após as RAJ, como esperado pelo modelo conceitual do avanço de uma frente de rajada (vide Capítulo 2). A série começa com o aumento gradual das anomalias positivas de TMP, indi- cando, em média, um aquecimento no ambiente pré-convectivo, seguido de uma redução das anomalias positivas entre as horas -3 e -1. As maiores taxas de variação de TMP foram encontradas no horário da rajada (entre -1 e 0), havendo uma queda acentuada e a transição de anomalias positivas para negativas. Este resultado é consistente com a

67 presença de piscinas de ar frio e com o aumento mais intenso de PRS encontrado nesta mesma hora (Figura 4.5a), comportamento este também reportado em Engerer, Stensrud e Coniglio (2008) e Provod et al. (2015). O comportamento da temperatura do ponto de orvalho (ORV; Figura 4.5c) é muito parecido com aquele da TMP, com a maior queda ocor- rendo no momento da passagem da frente de rajada. Na Figuras 4.5b e 4.5c nota-se, mais uma vez, que as amplitudes das anomalias são proporcionais às classes de RAJ.

A Figura 4.6 indica a distribuição quantílica das variações de PRS e TMP calculadas no intervalo entre o horário de registro da RAJ e 2 horas depois, seguindo o procedimento descrito na Metodologia. Como esperado, os resultados indicam variações de PRS (∆P ) positivas, consistentes com o modelo conceitual de mesoaltas. Para as RAJ ≥ 25 m s−1 a mediana de ∆P foi de +4,6 hPa, e com o intervalo inter-quartílico (i.e., diferença entre os percentis 25% e 75%) variando entre +3,1 hPa e +5,9 hPa. Valores mais extremos atingiram +8,2 hPa. Estes valores são comparáveis aos resultados discutidos em Engerer, Stensrud e Coniglio (2008) que encontraram uma variação média de +4,5 hPa, e com valores extremos de +9,4 hPa. Naquele artigo também foi apresentada uma revisão dos valores de ∆P encontrados na literatura quando da passagem de sistemas convectivos sobre estações meteorológicas de superfície, mostrando que estes valores variam entre +1 hPa e +7 hPa, com média de +3,6 hPa. Portanto, os ∆P encontrados no presente estudo apresentam ordem de grandeza comparável com aqueles encontrados em outros trabalhos.

Figura 4.6 – Diagramas de caixas (boxplots) para as variações de (a) pressão atmosférica (∆P , em hPa) e (b) temperatura do ar (∆T , em ◦C) dentro do intervalo entre a hora de registro das RAJ e duas horas depois do registro, extraídas das EMA-INMET durante a passagem de tempestades convectivas para o período entre 2005 e 2015. Em cada painel as diferentes caixas representam os resultados para as quatro classes de intensidade de RAJ (em m s−1). As caixas informam a distribuição dos valores entre os percentis de 25% e 75%; as linhas verticais estendem-se até os percentis de 95% e 5%; a linha horizontal preta dentro de cada caixa indica a mediana. Atente para a ordenada invertida no painel (b).

Também como esperado, as variações de TMP (∆T ) no horário da ocorrência das RAJ apresentaram valores negativos (Figura 4.6b), consistentes com a manifestação de piscinas de ar frio. No caso das RAJ ≥ 25 m s−1 a mediana destas variações foi de -6,5 ◦_{C, com os valores interquartílicos ficando entre -3,7} ◦_{C e -9,5} ◦_{C. Os valores extremos} apresentaram quedas de TMP de mais de 13,0◦C. Variações de temperatura encontrados na literatura, conforme revisão feita por Engerer, Stensrud e Coniglio (2008), estão entre -2 ◦C e -13 ◦C, com média de -8,9 ◦C. Logo, os valores de ∆T obtidos neste estudo se assemelham na ordem de grandeza com aquelas encontrados para outras regiões do mundo. Estes resultados aumentam a confiança de que é factível estimar a intensidade das piscinas de ar frio e mesoaltas convectivas com os dados horários das EMA-INMET utilizando o método proposto neste estudo.

A Figura 4.6 também mostra que as variações ∆P e ∆T se amplificam com o aumento da faixa de intensidade da RAJ. De fato, chega a ocorrer uma quase que total separação entre os intervalos inter-quartílicos de ∆P para rajadas mais fracas (entre 10,0 e 14,9 m s−1) e ∆P para RAJ ≥ 25 m s−1 em torno do valor de +3 hPa (Figura 3.6(a)). Apesar disto, ainda existe uma considerável sobreposição na distribuição dos valores de ∆P e ∆T entre as diferentes classes de RAJ. Isto ajuda a explicar os valores baixos de coeficiente de correlação de Pearson encontrados para as seguintes situações: 0,336 para a correlação entre RAJ e ∆P ; e -0,3648 entre RAJ e ∆T . Interessante também foi a baixa correlação entre ∆P e ∆T , de -0,1342. Ou seja, é difícil utilizar isoladamente a queda de TMP para inferir a magnitude do aumento de PRS pelo método utilizado neste estudo.