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ESTUDO OBSERVACIONAL DOS JATOS DE BAIXOS NÍVEIS NA REGIÃO DO LAGO DE ITAIPU

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Academic year: 2021

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ESTUDO OBSERVACIONAL DOS JATOS DE BAIXOS NÍVEIS NA REGIÃO DO LAGO DE ITAIPU

Sônia Maria Soares Stivari

Departamento de Física - Universidade Estadual de Maringá Av. Colombro 5790, Maringá-PR.

stivari@dfi.uem.br Amauri Pereira de Oliveira

Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG-USP Rua do Matão 1226, 05508.900 – São Paulo,SP

apdolive@usp.br

ABSTRACT

A análise de 188 sondagens realizadas a 20-km do Lago de Itaipu, no aeroporto de Foz de Iguaçu às 08:30 HL, indicou a presença de Jatos de Baixos Níveis em cerca 110 dias (58,5 %). Os jatos desenvolvem-se, em sua maioria, entre 300 e 400 m .

INTRODUÇÃO

Os jatos de baixos níveis (JBN) são classificados como um movimento de escala meso-β, com

características espaciais entre 20 e 200 km (largura), que ocorrem dentro dos dois primeiros quilômetros da atmosfera, associados a uma forte oscilação diurna do vento na camada limite planetária (Wu and Raman, 1997).

Os JBN são reconhecidos como uma complexa resposta da camada limite planetária (CLP) ao ciclo diurno da forçante térmica e apresentam uma região de máxima velocidade bem definida. Neste sentido, o jato pode ser definido por uma camada atmosférica de pequena espessura na qual o escoamento de ar apresenta uma intensa velocidade (Wippermann, 1973). A formação dos JBN ocorre em razão da aceleração do escoamento associada à: (a) oscilação inercial; (b) canalização topográfica; (c) bloqueio topográfico; (d)efeito baroclínico causado por contrastes térmicos na superfície; (e) forçante de escala sinótica (Wu and Raman, 1997). Estudos numéricos mostram que o contraste térmico gerado pela heterogeneidade da superfície é um dos principais mecanismos responsáveis pela geração de JBN (Wu and Raman, 1997).

Os JBN ocorrem com maior freqüência durante o período noturno e contribuem no transporte de umidade e, consequentemente, no desenvolvimento e na manutenção de tempestades noturnas (Whiteman, 1997; Bonner, 1968 a,b). A intensificação do transporte horizontal produzido JBN contribuem para modificar o potencial de dispersão de poluentes em escala local e regional, principalmente durante o período noturno. Além disso, o cisalhamento do vento induzido pelo JBN intensifica a turbulência e aumenta a dispersão dos poluentes nas direções verticais e horizontais ao longo do eixo do jato. Os JBN podem aumentar o potencial de risco e de periculosidade os incêndios florestais espontâneos, dificultando manejo de incêndios controlados e programados. Os incêndios que ocorrem em condições de intenso cisalhamento de vento, típicos de JBN, podem tornar-se incontroláveis na prática.

Neste trabalho é mostrado evidencias observacionais da existência de JBN na região do lago de Itaipu, através da análise de 188 sondagens realizadas no aeroporto de Foz de Iguaçu. Esta região é caracterizada por uma Brisa Lacustre induzida pela presença do lago de Itaipu (Stivari, 1999). Os JBN com direção Sul podem ser explicados em termos de efeito de canalização induzida pelo topografia do Vale do rio Paraná.

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MATERIAL E METODOS

O lago de Itaipu localiza-se no Sul do Brasil entre 24º05’S e 25º33’S e 54º37’W e 54º00’W, na divisa Brasil-Paraguai. O lago foi formado pelo represamento do rio Paraná, entre as cidades de Guaíra e Foz do Iguaçu em razão da construção da usina hidrelética de Itaipu. O lago está localizado na região central do vale do rio Paraná no sentido longitudinal NE-SW (Fig. 1). Este vale atinge uma extensão horizontal de 80 km, cuja cota varia de 400 m a oeste (Paraguai), a 475 m a leste (Brasil). A figura 2 mostra a inclinação do terreno nas secções transversais passando por estações meteorológicas da região: A (Usina de Itaipu – 25º24’S 54º36’W); B (Aeroporto de Foz do Iguaçu -25º35’S 54º29’W ); C (Cascavel - 24º56’S 53º25’W) e D (Palotina - 24º16’S 53º55’W). A superfície do lago no nível de 220 m, corresponde à linha horizontal tracejada da figura 2.

A estrutura dinâmica e termodinâmica da região do lago de Itaipu foi determinada a partir das radiosondagens realizadas às 08:30 HL na estação B (Aeroporto de Foz do Iguaçu) distante 20 km a SE da barragem do lago. Essas sondagens foram realizadas utilizando o sistema Omega de navegação e cedidas pelo Ministério da Aeronáutica. A análise está baseada em 188 sondagens distribuídas nos meses de junho a novembro de 1995 e em setembro e dezembro de 1994. 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480

B

C

D

Figura 1: Topografia da região do lago de Itaipu (100 km por 181 km). O lago está localizado na região central do

vale do rio Paraná. As linhas indicadas por A, B, C e D correspondem às latitudes das estações meteorológicas da Usina de Itaipu, Aeroporto de Foz do Iguaçu, Cascavel e Palotina.

RESULTADOS

A extensão vertical da CLP foi estimada através da extensão vertical da camada de mistura residual. Em geral a CLP na região de Itaipu apresenta características típicas de regiões continentais, com uma camada de mistura da ordem de 1000 até 2500 m durante o dia e uma camada de inversão térmica de superfície com uma

D

A

C

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No final da primavera e início de verão, para esse horário da sondagem, é possível observar que o aquecimento da superfície, devido à radiação solar, já é suficientemente intenso para gerar uma camada superadiabática. O sol nesta região nasce às 06:46 HL, no solstício de inverno, 05:54 HL no equinócio de primavera e às 05:15 HL no solstício de verão.

Esses resultados indicam que a CLP, no período diurno, atinge níveis de até 2500 m indicando uma intensa mistura térmica resultante do intenso aquecimento diurno. Durante a noite, a inversão térmica indica resfriamento noturno intenso. -55,00 -54,75 -54,50 -54,25 -54,00 0 100 200 300 400 500 Estação B E s t a ç ã o A Nível da Superfície (m) Longitude (graus)

Figura 2: Perfil da topografia mostrando a altura da superfície, acima do nível do mar, ao longo das secções

transversais A (quadrado), B (linha sólida), C (triângulo) e D (cruz) da figura 1. A posição do lago de Itaipu é indicado pelas linhas verticais. A linha horizontal corresponde a superfície do lago de Itaipu (cota de 220 m). O lago desvia para leste conforme mostra os cortes de A até D.

295 300 305 310 315 320 325 0 1000 2000 3000 4000 5000 Razão de Mistura (g/kg) Temperatura Potencial (K) Altura (m) 0 5000 0 2 4 6 8 10 12

Figura 3: Perfil vertical da temperatura potencial (círculo) e da razão de mistura (quadrado), obtidos da sondagem

realizada às 08:30 HL, no aeroporto de Foz do Iguaçu a 20 Km do lago de Itaipu, no dia 23 de setembro de 1994.

Na região do lago de Itaipu é observado a presença sistemática de JBN. Das 188 sondagens analisadas foi detectado a formação dos JBN em 110 dias (58,5 %). Os jatos desenvolvem-se, em sua maioria, entre 300 e 400 m (Fig. 4).A maioria dos jatos (40 %) ocorreu em dias sem inversão térmica conforme Tab. 1.

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Tabela 1 – Sumário da relação entre a ocorrência de jatos e a altura da camada de inversão

Dias analisados 188

Dias com JBN 110

JBN na altura da inversão térmica 10,9 %

JBN acima da altura da inversão térmica 21,8 %

JBN abaixo da altura da inversão térmica 27,3 %

Presença dos JBN em dias sem inversão térmica 40,0 %

A classificação dos JBN na região de Itaipu foi feita segundo os critérios de Bonner (1968) e Whiteman (1997). Esta classificação esta baseada em 5 categorias:

(i) JBN_0 para intensidade do vento igual ou superior a 10 m/s, no nível de máxima intensidade (nariz do jato), com um decréscimo de pelo menos 5 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura; (ii) JBN_I para intensidade do vento igual ou superior a 12 m/s, no nível de máxima intensidade com

um decréscimo de pelo menos 6 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura;

(iii) JBN_II para intensidade do vento igual ou superior a 16 m/s, no nível de máxima intensidade, com um decréscimo de pelo menos 8 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura;

(iv) JBN_III para intensidade do vento igual ou superior a 20 m/s, no nível de máxima intensidade, com um decréscimo de pelo menos 10 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura.

(v) JBN_IV para os jatos com V≤ 10 m/s, no nível de máxima intensidade de vento com um

decréscimo de pelo menos metade da velocidade máxima.

Desta forma, a categoria JBN_0 inclui as categorias dos jatos mais intensos JBN_I, JBN_II e JBN_III da mesma forma que a categoria JBN_I inclui as categorias JBN_II e JBN_III, etc.. A categoria JBN_IV não inclui e também não está incluída nas outras.

A maioria dos JBN observados na região de Foz do Iguaçu pertencem à categoria JBN_0 (Tab. 2), na qual

Vmax≥ 10 m/s e a queda de velocidade (∆V) é maior que 5 m/s acima do nariz do jato. A direção predominante

destes JBN é de NE e ocorrem em situação de alta pré-frontal ou da alta do Atlântico Sul. Os JBN_IV ocorreram em 20,9% dos dias analisados apresentando direção de SE (Tab. 2). São observados em dias com ventos fracos numa situação pós-frontal. A figura 5 mostra o perfil vertical da velocidade e direção do vento para o dia 18 de agosto de 1995, como um exemplo dos dias de ocorrência de jatos da categoria JBN_IV. É observada uma mudança na direção do vento acima do jato.

CONCLUSÃO

A análise da ocorrência de JBN na região de Foz do Iguaçu mostrou que para a região há mais uma categoria de JBN além das encontradas por Whiteman (1977), com intensidade máxima na altura do nariz do jato menor que 10 m/s, com decréscimo de metade da intensidade máxima até a altura de 3 km. Estes jatos de SE (em direção ao lago) ocorrem em dias de ventos calmos e céu claro.

Os jatos mais intensos tem direção predominante de NE .e ocorrem em situação de alta pré-frontal ou da alta do Atlântico Sul. Estes resultados indicam que o contraste térmico gerado pela heterogeneidade da superfície em razão da presença do lago de Itaipu, pode ser responsável pela formação e intensificação dos JBN da categoria JBN_IV observados naquela região em dias de ventos calmos e céu claro, a ser investigado utilizando um modelo

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Tabela 2 – Relação entre a categoria dos JBN, a freqüência de observação e a direção do vento

predominante para cada categoria. Vmax. é a velocidade do nariz do jato, ∆V é a velocidade

mínima acima do nariz do jato, segundo o critério de Bonner (1968).

Categoria Vmáx (m/s) ∆V (m/s) Freqüência de ocorrência de JBN (%) Direção do vento JBN_0 ≥ 10 ≥ 5 65,5 NE JBN_I ≥ 12 ≥ 6 39,1 N JBN_II ≥ 16 ≥ 8 15,5 N JBN_III ≥ 20 ≥ 10 4,5 NW JBN_IV ≤ 10 1/2 Vmáx. 20,9 SE 0 500 1000 1500 2000 2500 0 5 10 15 20

Número de Ocorrência de Jatos

Altura (m)

Figura 4: Freqüência de ocorrência de jatos de baixos níveis, observados das sondagens realizadas no Aeroporto de

Foz do Iguaçu (Estação B). O período de observação compreende os meses de setembro e dezembro de 1994 e o período de julho a novembro de 1995.

Figura 5: Perfis verticais da velocidade e direção do vento obtido da sondagem do dia 18/8/95, realizada às 8:30

HL, no aeroporto de Foz do Iguaçu a 20 km do lago de Itaipu.

0 5 1 0 1 5 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 Velocidade do Vento (m/s) Altura (m) 0 9 0 1 8 0 2 7 0 3 6 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 Altura (m)

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Destacamento de Proteção ao Voo de Foz do Iguaçu por ceder os dados de radiossondagem.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Bonner, W.D, 1968 a: Climatology of the Low Level Jet. Mon. Wea. Rev, vol. 96, No. 12, p. 833-850.

Bonner, W.D, Esbensen, S. and Greenberg, R., 1968 b: Kinematics of the Low-Level Jet. J. Appl. Meteor., vol. 7, p. 339-347.

Stivari, S. M. S., 1999: Um Estudo da Brisa Lacustre do Lago de Itaipu. Tese de Doutorado, Departamento de Ciências Atmosféricas. IAG-USP, 126 p .

Wippermann, F., 1973: Numerical Study on the effects Controlling the Low-Level Jet. Beiträge zur Physik der Atmosphäre, 46. Band, S. 137-154.

Whiteman, et al. 1997: Low-Level Jet Climatology from Enhanced Rawinsonde Observations at a Site in the Southern Great Plains. J. Appl. Meteor., 36, 1363-1376.

Wu Y. and Raman S., 1997: Effect of Land-Use Pattern on the Development of Low-Level Jets. J. Appl. Meteor.,

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