VARIABILIDADE DO VENTO PARA CIDADE DE MACEIÓ-AL
Sergio de Oliveira Bernardo e Luiz Carlos Baldicero Molion Departamento de Meteorologia - UFAL
Campus A. C. Simões, BR 104 - Norte, Km 97, Maceió - AL, 57072-970 email: bers@ccen.ufal.br e molion@ccen.ufal.br
ABSTRACT
Hourly wind and rainfall data, collected at Maceio International Airport, were analyzed searching for a relationship within their daily cycle. In daytime, the sea breeze accelerated the trades to speeds up to 5,5 m.s-1, the SE direction showing 61% persistence. In nighttime, the land breeze opposed to the trades, reducing speeds to 0,5–1,0 m.s-1 blowing from N. In the wet period, nocturnal and mearly morning rainfall maxima were probably related to the convergence of the land breeze and the trades. A rainfall minimum was observed during the afternoon. Local breezes play important role in the rainfall daily cycle.
INTRODUÇÃO
O vento é uma das variáveis meteorológicas mais importantes, pois é responsável pelo transporte horizontal (advecção) de calor latente e calor sensível e sua convergência, nos baixos níveis, produz movimentos ascendentes e chuva sobre uma região. Ventos são resultantes de variações de gradientes horizontais de pressão atmosférica (temperatura) que são produzidos nas várias escalas espaciais. A Costa Leste do Nordeste (ENE) está imersa no campo dos ventos Alísios, ventos esses que são produzidos por configurações da circulação geral da atmosfera (ramo superficial da célula Hadley-Walker) e são intensificados ou enfraquecidos por circulações locais de mesoescala, como brisas do mar e da terra.
A quadra mais chuvosa do ENE é abril-julho, período em que, paradoxalmente, as médias mensais de pressão atmosférica ao nível do mar são as mais altas no ciclo anual, sendo resultantes do deslocamento do anticiclone do Atlântico Sul para próximo da costa brasileira e das forte subsidência da célula Hadley-Walker e inversão psicrotérmica associadas a ele. Uma tentativa de explicar as chuvas nesse período foi feita por Kousky(1979) que sugeriu a existência de um máximo de chuvas noturno, possivelmente associado à máxima convergência dos Alísios com a brisa terrestre. Essa convergência seria mais intensa durante as estações de outono e inverno, quando o contraste de temperatura entre a terra e o mar é menor (ver Molion e Bernardo, neste volume). Com o objetivo de contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos dinâmicos locais, estudou-se variabilidade do vento horária e sua influência na circulação de brisa, procurando estabelecer uma possível associação entre vento e ocorrência de precipitação em horários preferenciais.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para realização deste trabalho, utilizaram-se dados horários do vento (direção e intensidade) e de chuva, coletados pelo Serviço de Proteção ao Vôo (SPV), Ministério da Aeronáutica (MAer), no Aeroporto Campo dos Palmares, Maceió, localizado no atual Município de Rio Largo. A estação do SPV está localizada na região do Tabuleiro dos Martins, às latitude 09° 31’S e longitude 35° 47’W, com altitude de 117m e dista cerca de 25 km da orla marítima. É cercada por plantações de cana-de-açúcar durante todo o ano praticamente. A parte da instrumentação, cujos dados foram usados neste estudo, está montada próxima à pista de pouso/decolagem e é constituída de uma estação automática, EMS 2A, de fabricação da HOBECO, com sensores de vento, força e direção, a 10 m de altura, livres de obstruções. Os dados horários cobrem o período de 1991-1996. Foi desenvolvido um programa o qual converteu algumas convenções adotadas para registro direção e intensidade do vento, para um formato no qual os dados pudessem ser lidos e interpretados diretamente por qualquer sistema de automação, sem recorrer a regras ou métodos específicos. Devido ao grande número de
informações, foi necessário fazê-lo utilizando o sistema de Banco de Dados Microsoft Access, para calcular a distribuição de freqüências de direção e velocidade do vento e de intensidade de precipitação, suas médias e desvios horários e mensais. Para melhor compreensão dos fenômenos envolvidos na variabilidade do vento, dividiu-se sua direção em nove classes convencionais, a saber NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW e CALMARIA (Direção = 0°)
.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
As análises do vento de superfície para cidade de Maceió, mostraram a presença de um ciclo diário bem marcado onde, nas primeiras horas da noite (20-21h, horários de Brasília) até primeiras horas da manhã (5-7h), a direção predominante foi, em média, do quadrante NE com intensidade média praticamente constante, em torno de 0,5-1 m.s-1, às vezes chegando até mesmo se anular. Já, no início da tarde (13-15h), o vento apresentou direção média do quadrante SE e atingiu intensidade máxima média de 4,5-5,5m.s-1. Esse comportamento pode ser explicado tomando-se em conta as circulações de grande escala e as locais de brisas marítima e terrestre. Sabe-se que o gradiente de temperatura (pressão) horizontal, entre continente-oceano, atinge um máximo nas primeiras horas da tarde e, portanto, a brisa marítima é máxima nesse intervalo. No final da tarde, quando a taxa de resfriamento radiativo começa a predominar, o gradiente começa lentamente a se inverter, chegando a um máximo, no sentido contrário, antes do nascer do Sol, por volta de 5 a 7h da manhã, passando a brisa a ser da terra para o mar durante toda a noite. A costa do ENE apresenta uma situação sui generis em toda costa brasileira, pois as circulações de brisa estão imersas no campo dos ventos Alísios que é resultante da circulação geral da atmosfera. A brisa do mar (dia) torna-se mais intensa quando sua intensidade é somada à dos Alísios, predominantemente de SE. Em contrapartida, a intensidade da brisa de terra (madrugada) é menos intensa, ou às vezes inexistente, porque ela se opõem à direção dos Alísios. Esse fenômeno local, e sua variabilidade no ciclo anual, é de amplo conhecimento dos jangadeiros, que aproveitam a brisa de terra para adentrarem o mar nas primeiras horas da manhã.
Figura 1a. Velocidade média horária do vento, calculada pelo método vetorial (azul) e pelo escalar ou média da corrida (verde), no período 1991-96 para o Aeroporto. Nas abcissas têm-se os meses (de 1 a 12) e os horários entre 0 e 23h. Por exemplo, 5.14 corresponde à média das 14 h do mês de maio.
O regime do vento nessa região possui um comportamento bem diferenciado entre o períodos seco e chuvoso. A Figura 1a mostra a velocidade média horária para o ciclo anual, durante o período 1991-96. A Figura 1b é sua correspondente para a direção média horária. Pode-se notar que, durante o período chuvoso (abril-julho), o vento foi preferencialmente de SSE, às vezes chegando a ser de S e SSW, com velocidades horárias médias em torno de 4,0-4,5 m.s-1 durante o período diurno. No período noturno, a velocidade baixou para 0,0-1,0 m.s-1 e a direção passou a ser do quadrante N. A partir de setembro, durante o dia, o vento é de ESE, com velocidade média em torno de 5,0-5,5 m.s-1 e de E e NE no período noturno, com velocidades excedendo a 1,0 m.s-1 ligeiramente. Este comportamento do vento está associado com o aquecimento sazonal
diferenciado entre oceano-continente, que é máximo no verão (Molion e Bernardo, neste volume), e que resulta na intensificação da brisa marítima e da intensidade total do vento.
Figura 1b. Mesmo que Figura 1a, mas para a direção média horária.
É importante salientar que a velocidade média do vento, calculada vetorialmente, é sempre inferior à média da corrida do vento medida pelo anemômetro. Ao se levar em conta apenas a média da corrida do vento, pode-se cometer um erro de até 1 m.s-1 para a estação chuvosa, onde os períodos de calmarias são mais freqüentes, e um erro de até 0,5 m.s-1 para estação seca.
A Figura 2a mostra a média mensal do vento e seus valores máximos horários (“rajada” média horária) para o período 1991-96. Nota-se que a média foi em torno de 2 m.s-1, considerada baixa para uma região litorânea sob o regime dos ventos Alísios. É provável que esse valor baixo seja decorrente da inclusão dos períodos de calmaria e dos valores noturnos, devidos à atuação das brisas de terra, e do método vetorial empregado para calcular as médias. Um aspecto interessante é que amplitude dessa curva aumentou do início para o final do período, possivelmente estando associada ao El Niño ou aos efeitos dos aerossóis vulcânicos em seu início. Os dois fenômenos provocam um aumento da pressão atmosférica sobre o continente e uma diminuição do gradiente de pressão horizontal, reduzindo a intensidade dos ventos. Na mesma Figura, têm-se as médias horárias dos valores máximos do vento (“rajada” média horária), em geral observadas durante o período diurno, com intensidades excedendo à marca de 18 m.s-1 (65 km.h-1) em janeiro de 1996. Segundo Rao et al. (1993), pode se usar a intensidade do vento durante os meses de janeiro a março como previsora da qualidade do inverno pois existe uma correlação, com coeficiente de 0,72, entre a intensidade do vento naquele período e o total pluviométrico do inverno. Isso foi confirmado por Bernardo (1999) para cidade de Maceió no ano de 1996,
Figura 2a. Velocidade média mensal do vento e média horária dos valores máximos no período 1991-96 para o Aeroporto de Maceió.
que apresentou totais pluviométricos superiores à média. A Figura 2b mostra da direção média mensal do vento no mesmo período, que oscila em torno de SE. Um ciclo anual aparece bem marcado, com ventos de ESE no período seco, aproximadamente entre outubro e março, e de SSE e S no período chuvoso (abril a julho), quando seria mais freqüente a penetração de sistemas frontais (Molion e Bernardo, neste volume).
Figura 2b. Direção média mensal do vento no período 1991-96 para o Aeroporto de Maceió.
Nas Figuras 3a e 3b, mostraram-se a intensidade e a direção média horária do vento para três diferentes períodos do ciclo anual, sendo dois secos e um chuvoso. Esses períodos são respectivamente: 1:dez-mar, 2:abr-jul e 3: ago-nov. A escolha desses três períodos foi baseada no trabalho de Bernardo(1999), o qual mostrou que a quadra mais chuvosa foi de abr-jul e as duas mais secas ago-nov e dez-mar. Nas coordenadas do eixo das abcissas, o primeiro número indica o período e o segundo, com dois dígitos, o horário do dia. Assim, 2. 20 refere-se ao segundo período (chuvoso) e à média das 20h. Na Figura 3a vê-se que o vento, para as quadras secas, atingiu o seu máximo em torno de 4,5-5,0m.s-1 por volta das 14-16h, com valores mínimos inferiores a 1 m.s-1 no período noturno. Para a estação chuvosa, os máximos encontrados foram inferiores a 4,0m.s-1, em torno das 13-15h, enquanto os mínimos noturnos não excederam 0,5 m.s-1. Na grande escala, espera-se que as maiores intensidades do vento ocorram no período de setembro a março, quando é maior a incidência de energia solar, favorecendo a intensificação do movimentos convectivos sobre a maior parte da América do Sul tropical e, consequentemente, aumentando o gradiente horizontal de pressão e a intensidade dos ventos. Simultaneamente, a brisa do mar local é intensificada pelo aumento do gradiente de pressão (temperatura). Esses dois fatos são responsáveis pela intensificação do vento. No inverno, com o deslocamento da Alta da Bolívia para NW do continente, intensificando o ramo descendente da célula Hadley-Walker, e com a aproximação do centro do anticiclone do Atlântico Sul, o gradiente de pressão horizontal e os ventos Alísios diminuem. Ao mesmo tempo, a intensidade da brisa do mar diminui, em função da redução do gradiente de temperatura continente-oceano, e a freqüência de entradas das frentes frias na região aumenta, com ventos associados do quadrante S, e provocam uma redução na intensidade do vento médio.
Figura 3a - Velocidade média horária para os três períodos distintos, dois secos e um chuvoso no
Figura 3b - Direção média horária para os três períodos distintos, dois secos e um chuvoso. Para o
A direção média dos dois períodos secos (Figura 3b) apresentaram comportamentos horários similares, com pequenas diferença. No primeiro período seco, o vento girou até se tornar de NE durante a madrugada, assumiu a direção SE durante o dia e voltou à direção inicial ao completar o ciclo diário. No segundo, o vento fez o mesmo giro, chegando, porém, até E (90°). Já no período chuvoso, a direção foi praticamente de SE durante o dia e de NW durante a madrugada, o que sugere que a brisa de terra tenha sido mais pronunciada nesse período.
A Figura 4 mostra a freqüência da direção do vento, com e sem períodos de calmaria. Observa-se que, sem as calmarias, a predominância foi de ESE, com 31%, seguida da direção SSE, com 35%. Ou seja, 66% do período, observaram-se ventos do quadrante SE, sugerindo a grande predominância dos Alísios de SE. Ventos do quadrante SW apresentaram 8% de predominância. Essa direção de ventos está associada à penetração de sistemas frontais durante certas épocas do ano. As calmarias representaram 30% do total de dias de observações. Elas podem estar ligadas a situações em que frentes frias fiquem temporariamente estacionárias sobre o oceano a leste da costa, impedindo o escoamentos dos Alísios.
Figura 4 a. Freqüência da direção do vento da série 1991-96 (com calmaria).
Figura 4 b Freqüência da direção do vento da série 1991-96 (sem calmaria).
A Figura 5 representa a distribuição de freqüência mensal da direção do vento para nove classes de direção, para o período de 1991-96, onde nas abscissas têm-se os meses do ano e nas ordenadas o percentual de ocorrência em uma dada direção em relação ao número de ocorrência de todo o período. Pode-se observar que para a classe CALMO, sua freqüência de ocorrência permaneceu relativamente constante, aumentando ligeiramente de janeiro a agosto, voltando se a reduzir nos meses subsequentes. As classes ENE e ESE, apresentaram comportamento bastante semelhantes, com a freqüência de ocorrências reduzindo-se de janeiro a meados de agosto, voltando a se intensificar durante os posteriores meses. Ao mesmo tempo, os ventos de SSE e SSW se intensificaram durante os meses de junho a agosto. O comportamento dessas quatro classes, pode estar relacionado a uma possível migração da ZCAS para latitudes mais baixas (Molion e Bernardo, neste volume) e/ou aumento da penetração de sistemas frontais de origem polar. As direções NNE e ENE apresentaram uma configuração ondulatória entre outubro e maio que pode estar ligada, principalmente entre março e maio, às perturbações nos Alísios causadas pelas pulsações da ZCIT (Molion e Bernardo, neste volume). As direções WNW e NNW apresentaram máximos de freqüência durante abril-julho, que parecem estar associados ao posicionamento, ou estacionaridade mais freqüente, dos sistemas frontais mais ao sul da região. A maior variação na freqüência anual deu-se na direção SSW(21,7%), seguida por WNW(20,6%), WSW(18,4%) e NNW (16,7%).
A quadra mais chuvosa é o período de abril a julho (Molion e Bernardo, neste volume). Na Figura 6 têm-se a média horária de chuva (mm/h) para esses meses. Nas abcissas, o primeiro dígito indica o mês e os outros dois dígitos indicam a hora. De maneira geral, têm–se máximos noturno (2h), matutinos (6h e 8h) e vespertino (18-20h) enquanto os mínimos ocorrem durante o dia. Comparando-se com a Figura 3b, vê-se que os máximos noturno, matutino e vespertino estiveram relacionados a direções de vento do quadrante N ou a virada do vento do quadrante N para SE, sugerindo que a convergência da brisa de terra com os Alísios seja a responsável por esses picos de chuva horária próximos ao litoral. O mínimo diurno esteve relacionado com os
horários em que os ventos estiveram mais intensos, sugerindo que a convergência possa acontecer continente a dentro, mais distante do litoral. Vê-se, ainda na Figura 6, que o mês de junho não apresentou um mínimo pronunciado durante o dia, sugerindo que as chuvas sejam melhor distribuídas no ciclo diário, provavelmente devido a penetrações mais freqüentes de sistemas frontais, conforme pode ser apreciado na Figura 1b, onde o vento, em geral, soprou de SE a SW naquele mês.
CONCLUSÕES
A Costa Leste está sob o regime dos ventos Alísios, resultante da circulação geral da atmosfera, que sopraram 61% do quadrante SE e de NE 21%, em média, durante o ano. A brisa marítima, durante o dia, está em fase com os Alísios, portanto soma-se a estes, fazendo com que a velocidade do vento atinja facilmente valores superiores a 5 m.s-1. Já a brisa de terra, que ocorreu no período noturno, com velocidades inferiores a 1,0 m.s-1 e direção preferencial do quadrante N, se contrapõem ao campo dos Alísios e suas velocidades se subtraem, fazendo com que, muitas vezes, tenham-se calmarias algumas horas do período noturno. Esse jogo entre os Alísios e as brisas parece estar refletidos não só no campo de velocidade e direção do vento resultante, como também no ciclo diário das precipitações. Os máximos noturno (2h) e matutinos (6h e 8h) parecem ser decorrentes da convergência entre a brisa de terra e o campo dos Alísios. No período chuvoso, observaram-se mínimos de precipitação durante o dia, sugerindo que a convergência se dê mais para dentro do continente e, portanto, fora do alcance do pluviógrafo. A exceção foi o mês de junho que apresenta uma distribuição horária mais uniforme, provavelmente porque seus totais pluviométricos sejam controlados mais pela grande escala (maior penetração de sistemas frontais) do que pela escala loca.
REFERÊNCIAS BIBIOGRÁFICAS
BRAGA, M.F.S., KRUSCHE, N. Análise da freqüência das velocidades do vento em Rio Grande, RS. In: Anais do X Congresso de Meteorologia, 1998. Brasília-DF.
BERNARDO S.O. Clima e suas anomalias para Cidade de Maceió. Departamento de Física, UFAL, Maceió (AL), 1999, p.122.
KOUSKY, V. E. Frontal influences on northeast Brazil. Monthly Wether Review, 107(9), p. 1140-1153, 1979. NIMER, E., Climatologia do Brasil, 2ª edição, 1989, IBGE, Rio de Janeiro.
RAO, V.B., LIMA, P.M.C., FRANCHITO, S.H. Seasonal and interannual variations of rainfall over eastern Northeast Brazil, Jour. Climate. v. 6, n. 9, p. 1757-1763, 1993.
RATISBONA, C. R. The Climate of Brazil. In: Schwerdtfeger, W.(ed). World Survey of Climatology, v. 12, Climates of Central and South America., Amsterdam, Elsevier,1976, p. 219-293.
