CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICA DEPARTAMENTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE GRADUAÇÃO EM METEOROLOGIA
PITER RAFAEL SCHEUER
SISTEMAS FRONTAIS ASSOCIADOS A EPISÓDIOS DE ZONA DE CONVERGÊNCIA DO ATLÂNTICO SUL
Florianópolis 2017
PITER RAFAEL SCHEUER
SISTEMAS FRONTAIS ASSOCIADOS A EPISÓDIOS DE ZONA DE CONVERGÊNCIA DO ATLÂNTICO SUL
Trabalho de Conclusão de Curso submetido ao Curso de Graduação em Meteorologia da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Bacharel em Meteorologia.
Orientador: Prof. Dr. Mário Francisco Leal de Quadro
Florianópolis 2017
Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor através do Programa de Geração Automática da Biblioteca Universitária da UFSC.
Scheuer, Piter Rafael
SISTEMAS FRONTAIS ASSOCIADOS A EPISÓDIOS DE ZCAS / Piter Rafael Scheuer; orientador Mário Francisco Leal de Quadro – Florianópolis, SC, 2017. 90 p.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Graduação em Meteorologia.
Inclui referências
1. Meteorologia Sinótica. 2.Sistemas Frontais. 3. ZCAS. I. Mário Francisco Leal de Quadro. II. Universidade Federal de Santa Catarina. Graduação em Meteorologia. III. Título.
SISTEMAS FRONTAIS ASSOCIADOS A EPISÓDIOS DE ZONA DE CONVERGÊNCIA DO ATLÂNTICO SUL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do Título de Bacharel em Meteorologia e aprovado em sua forma final pelo Programa de Graduação em Meteorologia do Departamento de Física e Meteorologia da Universidade Federal de Santa Catarina.
Florianópolis, 9 de Junho de 2017. ________________________________
Prof. Dr. Renato Ramos da Silva Coordenador do Curso de Meteorologia
Banca Examinadora:
____________________________________________________ Prof. Dr. Mário Francisco Leal de Quadro
Orientador
Instituto Federal de Santa Catarina - IFSC
____________________________________________________ Prof. Dr. Renato Ramos da Silva
Membro
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
____________________________________________________ Prof. Dr. Rosandro Boligon Minuzzi
Membro
Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC
____________________________________________________ Prof. Dr. Wendell Rondinelli Gomes Farias
Membro (suplente)
Primeiramente agradeço a Deus, por me dar inspiração, saúde e energia para concluir este trabalho e realizar o meu sonho de se tornar um meteorologista.
Agradeço a minha mãe e meus irmãos por sempre me incentivarem a correr atrás do meu sonho e lutar a cada dia.
Em especial a minha esposa Rose que esta sempre ao meu lado incondicionalmente sempre me apoiando e trazendo muita alegria.
Ao meu amigo e Prof. Dr. Mário Francicsco Leal de Quadro pela orientação, confiança, respeito, e pelos ensinamentos transmitidos. Ao Prof. Dr. Renato Ramos da Silva pelo aprendizado durante todos estes anos, e pela sua dedicação ao curso e comprometimento com os alunos.
Ao Prof. Dr. Rosandro Boligon Minuzzi pela valiosa ajuda e por me passar sua experiência na área de agrometeorologia.
Ao Prof. Dr. Wendell Rondinelli Gomes Farias pela suas aulas de sinótica e suas orientações e conselhos a serem seguidos ao longo do curso.
A Profa. Dra. Marina Hirota Magalhães por todas as suas aulas e opiniões durante todos estes anos na universidade.
Ao Prof. Dr. Reinaldo Haas por transmitir-me sua paixão pela meteorologia, assim como seus ensinamentos.
Ao meteorologista. Dr. Gustavo Escobar (CPTEC/INPE) pela sua co-orientação no TCC e conhecimento repassado ao longo da graduação.
A minha mulher Rose pelo total apoio carinho e companheirismo durante todos estes anos de caminhada.
Agradeço a todos os meus familiares, meus irmãos Charles e Caroline, e minha mãe Nelci, por confiarem em mim e estarem do meu lado em todos os momentos da vida.
Aos meus amigos André, Vitor, Daniel e Hugo pela amizade, confiança e apoio durante todos estes anos na universidade.
Aos Meteorologistas e Técnicos do CIRAM pelo aprendizado durante o período de Estagio, em especial a Gilsânia, Erikson, Clovis, Marcelo, Laura, Fabrício, Anderson e Maicon por todo apoio e carinho.
pela preciosa convivência e apoio durante este período.
Agradeço em especial ao meu pai João Paulo, que descansa em paz, ao lado de Deus. Você partiu, mas deixou um exemplo de vida, de determinação e coragem.
Este estudo teve como objetivo avaliar as características sinóticas e respectivas conseqüências da interação de sistemas frontais associados a um episódio de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Neste sentido, foi realizado uma investigação das condições meteorológicas predominantes. Foram analisados os campos meteorológicos disponibilizados pela reanálise ERA-Interim do ECMWF, dados do modelo GPCP para precipitação acumulada, cartas sinóticas de superfície do CPTEC, imagens de satélite GOES-12 e dados de Climanálise obtidas do CPTEC. Constatou-se que durante a interação entre os sistemas frontais e a ZCAS, o sistema como um todo, se manteve organizado e configurado ao longo de sua banda. Durante as duas interações os volumes de chuva aumentaram gradualmente. Portanto, constatou-se que a interação de sistemas frontais com a ZCAS forneceu suporte e intensificação para que o sistema continue ativo por mais tempo na região.
Palavras Chave: Meteorologia Sinótica. Sistemas Frontais. ZCAS.
This study aimed to evaluate the synoptic characteristics and respective consequences of the interaction of frontal systems associated with an episode of the South Atlantic Convergence Zone (SACZ). In this sense, an investigation of the predominant meteorological conditions was carried out. We analyzed the meteorological fields provided by ECMWF ERA-Interim reanalysis, GPCP model data for cumulative precipitation, CPTEC surface synoptic charts, GOES-12 satellite images and Climanalysis data obtained from CPTEC. It was found that during the interaction between the frontal systems and the SACZ, the system as a whole remained organized and configured throughout its band. During the two interactions the rain volumes gradually increased. Therefore, it was found that the interaction of frontal systems with the SACZ provided support and intensification for the system to remain active for longer in the region.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Representação esquemática dos sistemas atmosféricos na baixa e alta troposfera atuantes na América do Sul...28 Figura 2- Imagem de satélite do GOES 12 - (a, c, e) e carta sinótica de superfície (b, d, f) para as 12Z dos dias 13 a 15 de janeiro de
2007...39 Figura 3- Imagem do satélite do GOES 12 - (a, c, e) e carta sinótica de superfície (b, d, f) para as 00Z, 12Z e 00Z dos dias 16 a 17 de janeiro de 2007...40 Figura 4- Análise de temperatura do ar a 2 m (ºC), de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017...43 Figura 5- Análise de espessura da camada (m) entre 1000 e 500 hPa, PNMM (hPa) e vento a 10m (m/s),de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017...44 Figura 6- Análise de divergência de umidade (*1e⁸ s⁻¹), PNMM (hPa) e vento em 850 hPa (m/s),de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de
2017... 47 Figura 7- Análise velocidade vertical (Pa/s) e altura geopotencial (m) em 500 hPa, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017...48 Figura 8- Análise de magnitude do vento em 200 hPa, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017...51 Figura 9- Análise de Theta-e (K) em 500 hPa, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 18Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017... 52 Figura 10- Precipitação acumulada (mm), da reanálise GPCP de 12Z de 13/01 até 00 Z de 15/01 (a), 16/01 (b) do ano de 2017...54
Figura 11- Precipitação acumulado diária (mm), da reanálise GPCP, de 12Z de 15/01 (c), 12Z de 16/01 (d) do ano de 2007...54
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASAS - Alta Subtropical do Atlântico Sul ASPS - Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul, AS - América do Sul
AB - Alta da Bolívia
ABBN - Alta da Bolívia e a Baixa do Nordeste ANE - Ventos Alísios de Nordeste
ASE - Ventos Alísios de Sudeste B - Baixa Pressão,
BC - Baixa do Chaco
BL - Região de Bloqueios Atmosféricos
BNE - Região de Baixas Térmicas no Noroeste Argentino CNE - Cavado do Nordeste do Brasil
CPTEC - Centro de Previsão de Tempo e Clima CCMs - Complexos Convectivos de Mesoescala
ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather FF - Frente Fria
FQ - Frente Quente
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellites GPCP - Global Precipitation Climatology Project GrADS - Grid Analysis and Display System
HS - Hemisfério Sul hPa - Hecto Pascal
IAG - Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências JST - Jato Subtropical
JBN - Jato de Baixos Níveis JP - Jato Polar
LI - Linha de Instabilidade Tropical LIP - Linha de Instabilidade Pré-Frontal NV - Nuvem Vírgula
NZCAS - Não Zona de Convergência do Atlântico Sul NCEP - National Center for Environmental Prediction NCAR - National Center for Atmospheric Research
NEB - Nordeste Brasileiro
PNM - Pressão ao Nível Médio do Mar RC - Regiões Ciclogenéticas
UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina USP - Atmosféricas da Universidade de São Paulo VCAN - Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis ZCIT - Zona de Convergência Intertropical ZCAS - Zona de Convergência do Atlântico Sul
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...20
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...21
2.1 Principais Sistemas Meteorológicos Responsáveis pela Ocorrência de Chuva no Sudeste e Centro-Oeste do Brasil...22
2.1.1 Sistemas Frontais...23
2.1.2 Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS)...26
2.2 Associação de ZCAS com Sistemas Frontais...30
2.3 Efeitos Locais...31
3 DADOS E METODOLOGIA...31
3.1 Métodos Utilizados...32
3.1.1 Análise de Sistemas Frontais...33
3.1.2 Análise de ZCAS...33
3.1.3 Cartas Sinóticas de Superfície...34
3.1.4 Equações Dinâmicas Governantes...34
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO...37
4.1 Análise de Imagens de Satélite e Cartas Sinóticas...37
4.2 Análise dos Campos Atmosféricos...41
4.3 Precipitação Durante o Evento de ZCAS...53
5 DISCUSSÃO FINAL...55
1 INTRODUÇÃO
A transição de sistemas frontais sobre a região Sul e Sudeste do Brasil é relativamente freqüente durante todo o ano, onde durante os meses de verão esses sistemas avançam para latitudes mais baixas, e interagem com o ar quente e úmido tropical, provocando convecção profunda e organizada. Este processo pode produzir chuvas torrenciais sobre o continente, granizo e ventos fortes, causando grandes prejuízos materiais e humanos. Associados aos distúrbios de grande-escala, os sistemas frontais deslocam-se acompanhados de ciclones e anticiclones migratórios, alterando os campos de pressão atmosférica, de vento, e de outras variáveis atmosféricas, ao longo da sua trajetória (Wallace & Hobbs, 1977). Durante os meses de verão do Hemisfério Sul (HS) os índices pluviométricos tendem a aumentar gradativamente sobre as regiões Centro-Oeste e Sudeste do Brasil, devido à formação da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), caracterizada por uma banda de nebulosidade com orientação noroeste-sudeste, que se estende desde o Centro Sul da Amazônia, regiões Centro-Oeste e Sudeste, Centro Sul da Bahia, Norte do Estado do Paraná em direção ao Oceano Atlântico subtropical (Kodama et al., 1992). Em alguns casos a ZCAS pode atingir o Sul do Brasil, provocando grandes transtornos. Desta forma a hipótese principal deste trabalho é que em alguns casos os sistemas frontais que avançam em direção a região Sudeste do Brasil podem se associar a ZCAS, intensificando-a, o que pode resultar em tempestades. Outra hipótese é que em alguns casos a formação da ZCAS, pode-se dar a partir do estacionamento dos sistemas frontais.
Essa pesquisa é justificada, pelo fato de que é necessário um estudo de associação de Sistemas Frontais com a ZCAS visando compreender melhor a dinâmica dos sistemas convectivos que se formam em episódios de ZCAS. Esses sistemas ocasionam chuvas constantes e extremas, provocando grandes transtornos para a atividade econômica e social da região. Apesar da atuação da ZCAS ser de interesse direto à população, ainda não é possível prevê-la em todas as suas escalas espaciais e temporais. Até o presente momento, poucos estudos mostraram a influência dos sistemas frontais em episódios de ZCAS e a ocorrência de chuvas entre Sudeste e Centro-Oeste do Brasil. A ZCAS é um fenômeno meteorológico que possui características regionais ainda pouco exploradas (Quadro, 2012). As principais características deste sistema meteorológico geralmente estão associadas a episódios
atmosféricos e oceânicos de maior escala sendo responsável pelo processo de intensificação da chuva em determinadas regiões nos períodos em que a ZCAS está presente. Outro fator que é de extrema importância para esta justificativa, é o fato de que ha uma grande limitação na previsibilidade da ZCAS através de simulações numéricas, assim como modelos numéricos regionais e globais. Entretanto uma das dificuldades em simular as condições atmosféricas no verão é a deficiência de observações meteorológicas assim como, os processos termodinâmicos e convectivos, dos quais são responsáveis pela variação abrupta da atmosfera acarretando em erros nas respectivas previsões numéricas.
O objetivo geral deste trabalho é de compreender a relação da interação da ZCAS com sistemas frontais, durante os meses de verão no HS. Especificamente pretende-se:
• Analisar estudos de casos de sistemas frontais que ao interagir com a ZCAS provocaram prejuízos sócios econômicos na região de estudo.
• Avaliar as características sinóticas que determinam a transição de um sistema frontal em um evento de ZCAS, isto é, análise da estrutura horizontal e vertical de determinados campos meteorológicos.
• Analisar um caso relacionado aos sistemas frontais que podem se associar com ZCAS.
A primeira seção apresenta a análise sinótica dos dias 13/01/2007 até 16/01/2007 incluindo o dia posterior (17/01) caracterizando a dissipação da ZCAS. A segunda seção apresenta a análise dos campos meteorológicos disponibilizados pela reanálise ERA-Interim do ECMWF. A terceira seção mostra a precipitação associada à ZCAS.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Os meses de verão as regiões, Sudeste e Centro-Oeste, são caracterizadas pela ocorrência de precipitação intensa e persistente, que se forma devido à atuação da ZCAS, que é defenida por uma banda de nebulosidade semiestacionária com orientação noroeste-sudeste, que se estende desde o Sul e Leste da Amazônia até o Sudoeste do Oceano Atlântico Sul. Este sistema muitas vezes provoca convecção profunda e
organiza tempestades associadas a chuvas fortes, inundações, deslizamentos de encostas, causando grandes prejuízos materiais e humanos. Acredita-se que a ZCAS seja a resposta para a associação de vários sistemas atmosféricos que compões a circulação de verão sobre América do Sul (Quadro, 1994). O regime de chuva no Sudeste e Centro-Oeste é modulado por sistemas de varias escalas espaciais temporais. Com relação aos sistemas de escala sinótica que contribuem no regime de chuvas no Sudeste e Centro-Oeste, destacam-se a ZCAS e sistemas frontais. Durante a década de 1980 e inicio dos anos de 1990, as pesquisas já mostravam que a ZCAS era caracterizada pela influência da interação de sistemas frontais com vórtices ciclônicos de altos níveis (VCANs) (Nobre et al.,1988), que se encontra relacionada as explosões convectivas sobre a região do Brasil Central e Sul da Amazônia, o que contribui para Zona de Convergência em baixos níveis (Figueroa e Nobre, 1990). Herdies et al., (2002), analisam o fluxo de umidade na região tropical e subtropical, que por sua vez esta associado ao padrão bimodal de ZCAS-NZCAS (Não ZCAS), onde concluiu que este transporte ocorre através de dois sistemas meteorológicos; um aliado à presença da ZCAS e outro associado ao (JBN) Jato de Baixos Níveis.
2.1 Principais Sistemas Meteorológicos Responsáveis pela Ocorrência de Chuva no Sudeste e Centro-Oeste do Brasil.
Os sistemas meteorológicos de escala sinótica que mais contribuem no regime de chuvas nas Regiões Sudeste e Centro-Oeste destaca-se a ZCAS e sistemas frontais onde será abordado de maneira mais detalhada nos próximos tópicos. Além destes dois sistemas, destacam-se os sistemas de brisas onde é mostrado em trabalhos pioneiros sobre a brisa marítima na Região de São Paulo Oliveira e Silva Dias (1982), utilizando dados da estação climatológica do IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo), que caracterizara a variação diurna e sazonal dos ventos. O fenômeno de circulação da brisa é um sistema meteorológico de meso-escala (Rotunno et al., 1992) e a brisa terrestre ainda é menos compreendida do que a brisa marítima. De acordo com (RAMIREZ et al., 1997), os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) são sistemas meteorológicos que assumem um papel importante no regime de chuva das regiões dos trópicos e extratrópicos, além de contribuírem nas trocas de energia entre ambas as regiões. Segundo Lourenço, (1996), a região Sudeste, Sul e Nordeste do Brasil, são as regiões mais afetadas pelos VCANs.
2.1.1 Sistemas Frontais
A transição de sistemas frontais sobre a região Sul e Sudeste do Brasil é de extrema importância pelo fato de ser um dos sistemas meteorológicos mais freqüentes nessa região, sendo responsável por grandes alterações nos elementos que modulam o clima. Os sistemas frontais, ou conjunto de frentes, são definidos como uma zona de transição entre duas massas de ar com propriedades termodinâmicas distintas assim como, diferentes densidades, temperaturas, pressões e umidades, que tendem a se manter individualizadas, conservando suas particularidades (Vianello et al, 1991). Segundo Kousky (1979), as frentes frias afetam a climatologia da América do Sul durante o ano todo. As frentes frias podem ser identificadas através de imagens de satélite assim como modelos atmosféricos operacionais, levando em conta o giro do vento para direção sul, persistência do vento de sul por pelo menos um dia, e uma queda de temperatura do ar simultânea ao giro do vento ou até dois dias depois (Rodrigues et al., 2004). Durante a passagem de uma frente fria, a um aumento de pressão, uma brusca queda na temperatura, aumento na força do vento, variação na sua direção. Além da frente fria, um sistema frontal possui a frente quente e a frente oclusa. Define-se uma frente quente, quando o ar quente está avançando e substituindo o ar frio. Já a frente oclusa é quando uma frente fria ultrapassa a frente quente, e com o aumento da região de oclusão o sistema frontal atinge seu estado terminal. Um dos sistemas sinóticos mais importantes sobre a América do Sul é o sistema frontal (ANDRADE et al., 2005).
Em 1928, Bergeron propôs uma teoria relacionada à formação e dissipação de frentes que explica o aspecto cinematicamente através de massas de ar de grande escala, onde teve a conclusão que as frentes se formam devido à dinâmica do movimento confluente entre massas de ar com propriedades distintas. Entretanto Pettesen et al., (1956), foram os pesquisadores que introduziram os termo de frontólise para o processo de dissipação de uma frente, e frontogênese para o processo de formação e intensificação de uma frente. Segundo Orlanski et al., (1985) concluíram que o campo de deformação horizontal é a principal fonte frontogenético em baixos níveis (850hPa). Frentes frias em altitude são consideradas como zonas de fortes gradientes de vorticidade potencial isentrópica de Ertel (P) (Bluestein et al.,1993) e frontogênese é a reação da escala lateral de gradiente de (P) próximo da tropopausa (Davies e Rossa, 1998). Kousky (1979) mostrou a grande importância da frontogênese na Região Sudeste, ao manter a frente ativa em seu lento deslocamento para norte e nordeste. Segundo Mattos et al., (2003), uma
frontogênese ocorre na dianteira e frontólise na retaguarda de uma frente em deslocamento. Frontogênese devido aos efeitos de deformação horizontal e processos relacionados à convergência na baixa troposfera são um fenômeno físico que produz ou intensifica a conduta das isotermas ao longo do eixo de dilatação entre dois anticiclones subtropicais e anticiclone extratropical migratório (MATTOS et al., 1988). Segundo este mesmo autor, durante os meses de inverno, quando o comportamento das isotermas resulta de um transporte de ar frio, a queda acentuada na temperatura produzida por essa incursão de ar frio é chamada de friagem. De acordo com Satyamurty e Mattos, (1989) a climatologia da frontogênese para o mês de julho nos níveis baixos da atmosfera (850 hPa), mostra que o Centro-Leste da América do Sul é uma região favorável no processo de formação e intensificação de frente. Comumente, os sistemas frontais se propagam até 20ºS, onde se inicia o processo de dissipação, denominado frontólise (Oliveira; 1986; Cavalcanti e Kousky; 1996). Um estudo climatológico dos campos de deformação de frontogênese em baixos níveis, na banda de latitude entre 45ºN e 45ºS foi pesquisado por Satyamurty e Mattos (1989).
Entretanto, vários autores têm mostrado interesse no estudo dos sistemas frontais no Brasil, dentre eles (RODRIGUES; FRANCO; SUGAHARA, 2004), que elaboraram uma climatologia de frentes frias no litoral de Santa Catarina. Com respeito aos estudos de Lemos e Calbete (1996), mostraram que os sistemas frontais atuam durante todo o ano no Brasil, com freqüências maiores nas latitudes mais altas durante o período de inverno. Já o estudo de Andrade e Cavalcanti (2003) mostra que a menor freqüência ocorre no verão. Segundo FERREIRA et al., (2009) as frentes frias ocorrem em maior número assim como durante todo o ano entre 25ºS e 30ºS e são mais freqüentes durante os meses de maio e outubro, esporadicamente em 20ºS durante os meses de dezembro a fevereiro. Segundo o mesmo autor, frentes frias na região Sudeste que induzem a convecção tropical e subtropical que alimentam a ZCAS, estas nem sempre satisfazem os critérios para a identificação que leva em conta a queda de temperatura, aumento da pressão e mudança na direção do vento. Segundo Andrade (2005), entre as latitudes de 35ºS e 40ºS alguns sistemas frontais ganham trajetória mais meridional e atingem as baixas latitudes, enquanto outras seguem zonalmente. De acordo com Kousky (1979) há uma maior freqüência de sistemas frontais no Sul da Bahia entre os meses de dezembro e março para o período de 1961 a 1970. O menor número de sistemas frontais que atingem a região tropical durante os meses de verão pode ser devido à ocorrência da ZCAS que, persistente sobre as Regiões Sudeste e Centro-Oeste, fazendo com que as frentes frias se desloquem apenas até essas áreas (Andrade et al,. 2005). No entanto esses autores observaram alguns padrões e características das
variáveis atmosféricas relevantes no deslocamento dos sistemas frontais, assim como a intensidade no campo de pressão, intensidade e posição do cavado de níveis de 500hPa associado ao sistema, pressão ao nível médio do mar (PNM), e advecção de vorticidade na média troposfera. Observações recentes mostram que o fluxo que transporta o ar quente e úmido da floresta Amazônica em 850hPa (JBN) fornece umidade e calor sensível para a região da dianteira de uma frente na região subtropical e atua como uma esteira transportadora quente (GARREAUD et al., 2000). De acordo com Mattos (2003), uma característica importante em uma frente fria sobre as Regiões Sul e Sudeste do Brasil, que é muito observada durante os meses de outono e inverno, é um cavado com uma orientação zonal na retaguarda da frente fria principal, atingindo o litoral da Região Sul e as Serras Gaúchas e Catarinenses. Segundo Andrade (2005), as ondas baroclinicas ao atravessar a cordilheira dos Andes se modificam e interagem com a circulação atmosférica da AS. Com isso os sistemas frontais que se deslocam de oeste para leste sobre o oceano Pacífico, ganham uma nova componente na direção das baixas latitudes, tendo um deslocamento de sudoeste para nordeste ao longo do continente Sul Americano, chegando atingir os trópicos.
Na região do litoral do Sudeste do Brasil, Oliveira (1986) e Justi da Silva e Silva Dias (2000) identificaram um número relativamente maior de episódios de sistemas frontais no inverno se comparado ao verão próximo de 45ºS (litoral da Argentina) para 35ºS (próximo ao Uruguai). Essas regiões possuem baroclinia onde são altamente ciclogenética (Gan e Rao, 1991, Sinclair, 1995; Reboita et al., 2005). Durante os meses de verão, um sistema frontal, ao interagir com a o ar quente e úmido advectado da Amazônia em presença da Alta da Bolívia e da Baixa do Nordeste (ABBN), torna-se quase-estacionário, contribuindo significativamente para o regime de precipitação no sudeste (Oliveira, 1986). Segundo Fortune e Kousky (1983) mostraram que alguns sistemas frontais considerados mais intensos (em torno de 25º) podem afetar até a Região Norte do país com queda de temperatura e atividade convectiva. Entretanto, SATYAMURTI at al., (1998) mostram que durante o verão em episódios de ZCAS, as frentes frias, tendem atuar por mais tempo na Região Sudeste, contribuindo no processo de intensificação da ZCAS. Normalmente os sistemas frontais que transitam a Região Sudeste do Brasil, possuem uma trajetória de sudoeste para nordeste onde em superfície há uma variação da velocidade e direção do vento dos quadrantes sul e norte, antes e após a transição do sistema, assim como variações na temperatura, umidade e pressão atmosférica. Dependendo da intensidade do sistema, em alguns casos uma frente fria, pode se propagar até latitudes baixas, atingindo as proximidades da Amazônia, provocando o fenômeno conhecido como friagem descrita em (MARENGO et
al.,1997) descrito anteriormente também por Mattos (2003). As frentes frias normalmente ultrapassam a latitude de 35ºS e adquirem trajetória em direção as regiões de latitude mais baixa, enquanto, as que cruzam a costa leste da América do Sul ao sul de 40ºS deslocam-se preferencialmente para leste (Oliveira, 1986). Outro fator importante é a estacionariedade das frentes frias, que contribui expressivamente na formação da ZCAS. Uma frente estacionária ocorre quando o relevo ou um determinado padrão de tempo, como por exemplo, um bloqueio atmosférico impede o avanço de uma frente quente ou fria, tornando-a estacionária. Para Ferreira (2006) isso normalmente ocorre quando os ventos de níveis superiores da atmosfera sopram paralelamente à frente; fazendo-a perder força e mover-se lentamente.
2.1.2 Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS)
Durante os meses de verão, a atmosfera na América do Sul se comporta de maneira bastante peculiar. A ZCAS esta inserida em um padrão de circulação associada a os sistemas sinóticos característicos dessa época do ano assim como a Alta da Bolívia (AB), cavado (ou vórtice ciclônico) na costa nordeste do Brasil (Ferreira et al., 2004). Segundo Quadro (1994), as características mais marcantes observadas nos respectivos campos meteorológicos analisados em episódios de ZCAS por um período de pelo menos quatro dias são: a) convergência de umidade entre baixos e médios níveis (850 e 500 hPa); b) Fluxo em 500 hPa apresentando um cavado na costa leste da América do Sul aliado a uma faixa de movimento vertical ascendente com orientação noroeste-sudeste localizada em níveis médios da troposfera; c) na faixa de nebulosidade convectiva uma crista é detectada no nível de 500hPa associada ao campo de temperatura potencial equivalente (θe) onde ocorre um forte contraste ao sul da faixa de nebulosidade, que separa a massa de ar quente e úmida vinda dos trópicos e a massa de ar frio e seco vindo de regiões de latitudes médias e altas; d) em níveis altos da troposfera (200 hPa), é observado uma área de vorticidade relativa positiva (ζ).
Segundo Chaves e Satyamurty (2006), mostraram estudos sobre episódios de ZCAS, que durante os meses de verão no hemisfério sul (HS), observa-se em baixos níveis (850hPa) um escoamento de ar quente e úmido com características de jato vindo da região amazônica e se estendendo até o Atlântico Sul. Entretanto este fenômeno atmosférico é denominado de (JBN), e é um fluxo de ventos máximos nos primeiros quilômetros da troposfera, associados ao gradiente térmico entre o
continente e o oceano e as cadeias montanhosas, no caso da América do Sul (AS) a cordilheira dos Andes (SANTOS; 2006, p. 85). Associada ao transporte de umidade em baixos níveis, e conseqüentemente, a episódios de ZCAS, a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), anticiclone semi-permanente que se localiza na costa oriental da AS por volta de 30º S (BASTOS; FERREIRA, 2000), vem a ser de grande importância na circulação de verão no continente sul-americano. O sistema está relacionado com o posicionamento e manutenção da ZCAS e é responsável pela convergência de ar tropical com ar extratropical, como também é associado aos ventos alísios que, ao sofrerem um giro a leste da cordilheira dos Andes, são desviados para sul, transportando umidade para latitudes médias, e, por conseguinte, alimentando a ZCAS (Quadro, 1994).
Entretanto Chaves e Satyamurty (2006) mostraram que, em um caso excepcional de ZCAS, a ASAS mostrou-se nitidamente intensificada. Na região da borda oeste deste anticiclone, sobre o litoral do sudeste brasileiro até parte de Minas Gerais, verificou-se um cavado em superfície (1000hPa) e que, segundo Quadro (1994), está associado ao movimento ascendente do ar, estendendo-se até os níveis intermediários da troposfera (500 hPa), onde é orientado no mesmo sentido da ZCAS. Outra característica marcante da circulação de verão nos períodos da ZCAS, contribuindo para sua manifestação, é a presença de um cavado semi-estacionário a leste da cordilheira dos Andes em 500 hPa. Segundo Quadro (1994), este sistema, está associado à convecção tropical e atua como recipiente para sistemas de baixas pressões, como por exemplo, Complexos Convectivos de Mesoescala (CCMs) e sistemas frontais. Além disso, existem outros mecanismos que estão sendo sugeridos para explicar a ocorrência da ZCAS, assim como a interação oceano-atmosfera na zona de confluência entre a Corrente das Malvinas e a Corrente do Brasil (Nobre, 1988), e as interações não lineares entre as diversas escalas de fenômenos atmosféricos.
Como proposto por Oliveira (1986) no seu estudo sobre interações dos Sistemas Frontais com a convecção da região Amazônica, a penetração de sistemas frontais oriundos do sul do continente tem importante papel de formação e intensificação da ZCAS. Eles se associam à convecção tropical da Amazônia e formam a banda que se estende desde o sul amazônico até o oceano Atlântico. Segundo o mesmo autor, os complexos convectivos de mesoescala, que se formam no norte da Argentina e Paraguai, são fundamentais por gerarem ciclogênese e frontogênese, acoplando-se à ZCAS e colaborando na sua intensificação e manutenção. Segundo Ferreira (2009), entre os sistemas frontais que atuam na AS, na média cinco frentes frias chegam ao Oeste da Amazônia
a cada ano com aproximadamente três frentes alcançando o equador. De acordo com o mesmo autor, uma média de 35 a 15 sistemas frontais anualmente conseguem atingir as regiões Sudeste e Centro-Oeste, sendo responsáveis por parte da chuva desta área assim como a manutenção da ZCAS (Andrade et al,. 2005). Todos os sistemas mencionados anteriormente podem ser claramente observados na figura de (Reboita et. al., 2010, Fig. 1).
Figura 1 - Representação esquemática dos sistemas atmosféricos na baixa e alta troposfera atuantes na América do Sul. Em relação à baixa troposfera tem-se: ANE ventos alísios de nordeste, ASE ventos alísios de sudeste, ASAS anticiclone subtropical do Atlântico Sul, ASPS anticiclone subtropical do Pacífico Sul, B baixa pressão, BC baixa do Chaco – região de baixas térmicas, BNE região de baixas térmicas no noroeste argentino, CCM complexo convectivo de mesoescala, FF frente fria, FQ frente quente, JBN jato de baixos níveis a leste dos Andes, LI linha de instabilidade tropical, LIP linha de instabilidade pré-frontal, NV nuvem vírgula, RC regiões ciclogenéticas, ZCAS zona de convergência do Atlântico Sul e ZCIT zona de convergência intertropical. Já em relação à alta troposfera tem-se: AB alta da Bolíva, BL região de bloqueios atmosféricos, CNE cavado do nordeste do Brasil, JS jato subtropical, JP jato polar, VCAN sub vórtices ciclônicos de altos níveis subtropicais, VCAN trop vórtices ciclônicos de altos níveis tropicais. É importante destacar que a AB e o CNE são sistemas que se configuram no verão e desaparecem no inverno.
Segundo o estudo de Brambila, Ferreira e Campos Velho (2004), observando as linhas de corrente em 200 hPa é possível notar, na maioria dos casos analisados, uma crista sobre a região da ZCAS, possivelmente, associada à intensa convecção nos níveis inferiores. Segundo os mesmos autores, esse padrão de divergência em altos níveis pode estar estritamente ligado aos Vórtices Ciclônicos em Altos Níveis sobre o nordeste brasileiro (NEB), principalmente, pela intensa liberação de calor latente nos níveis superiores intensificando a circulação anticiclônica, e pela conservação de vorticidade que origina um centro de circulação ciclônica (RAMIRES, 1999 apud BRAMBILA; FERREIRA; CAMPOS VELHO, 2004, p.2). Nesta mesma pesquisa, analisando as imagens de satélites geoestacionários no canal infra-vermelho, observaram poucas variações de nuvens nas regiões sob os VCANs e bastante nebulosidade nas regiões onde a ZCAS e a Alta da Bolívia estavam atuando. Desse modo, é possível verificar a vinculação desses sistemas com as variações no regime de precipitação no Brasil. Outro sistema que tem grande influência na posição, formação e manutenção da ZCAS é a Alta da Bolívia (AB). Ela surge devido ao grande aquecimento do altiplano boliviano aliado à intensa evapotranspiração e convecção na Floresta Amazônica. Isso gera movimentos ascendentes em níveis inferiores e um padrão de circulação anticiclônica nos altos níveis (Ferreira, 1998). No estudo de Brambila, Ferreira e Campos Velho (2004), nota-se que, nos eventos de ZCAS em que a AB está presente, a convecção sobre o continente aparece mais intensa, não somente na região Sudeste e sim em grande parte do território brasileiro. As variações deste anticiclone em altitude podem estar vinculadas às penetrações de sistemas frontais no continente Sul Americano (Gusmão, 1996). É importante salientar que a presença de um cavado a leste dos Andes potencializa a divergência em nos níveis mais profundos da troposfera (200 hPa), dando suporte faixa de nebulosidade associada a ZCAS (Jorgetti et al., 2008). Entretanto os estudos de Rocha e Gandu (1996) mostram que o padrão de escoamento de ar quente e úmido em baixos níveis em direção a altas latitudes, intensifica a convergência onde combinado com a presença de um Jato subtropical (JST) fluindo em latitudes médias, pode colaborar na frontogênese e gerar maior instabilidade e convecção. Segundo os mesmos, a convecção na Amazônia e no Brasil Central age intensificando o JST em altos níveis.
2.2 Associação de ZCAS com Sistemas Frontais.
Durante o verão, alguns sistemas frontais conseguem atingir a região Sudeste e Centro-Oeste do Brasil, onde em alguns casos estas frentes se tornam estacionarias, interagindo com a convecção tropical (Oliveira, 1986) originando a ZCAS. Durante os meses outubro a abril, Sugahara (2000) fez um estudo com relação à freqüência de ciclones no Atlântico Sul, onde foi possível identificar uma freqüência máxima dos mesmos entre o Litoral de Santa Catarina, Paraná e São Paulo, sugerindo uma contribuição da ZCAS com vórtices ciclônicos em baixos níveis. Segundo, Justi da Silva & Silva Dias (2000) identificaram durante o verão uma grande quantidade de sistemas frontais no Sul da Argentina, aproximadamente 45ºS, cujo qual, é uma região frontogenética (Satyamurty & Mattos, 1989) possuindo forte ação da baroclinia, caracterizando uma região altamente ciclogenética, ou seja, favorável à formação e intensificação de ciclones (Gan & Rao, 1991) para esta época do ano. Segundo os estudos de Lemos & Calbete (1996), Justi da Silva & Silva Dias (2000, 2002) e Oliveira (1986), fizeram um estudo no Sul do Brasil e identificaram uma freqüência relativamente maior de sistemas frontais nos meses de maio a dezembro, tendo uma gradativa diminuição entre janeiro e abril. Com relação ao litoral do Sudeste do Brasil, estes mesmos autores encontraram um número de sistemas frontais menores durante o verão, quando comparado ao inverno onde ha uma freqüência máxima de transição de sistemas frontais. De acordo com (Satyamurty et al., 1998), durante os meses de verão, os sistemas frontais permanecem por mais tempo na região Sudeste, onde em alguns casos tornam-se estacionários, provocando eventos de ZCAS. Por outro lado, em algumas situações atmosféricas, alguns sistemas frontais que avançam em direção a região Sudeste do Brasil podem se associar a ZCAS, intensificando-a, o que pode resultar em tempestades. Lima et al. (2010) ressaltam que os Sistemas Frontais e as ZCAS são os principais sistemas meteorológicos responsáveis pelas chuvas na região sudeste do Brasil. Segundo Lima et al. (2010), os Sistemas Frontais são uma perturbação transitória que afeta a região por um ou dois dias, enquanto que a ZCAS é um sistema quase-estacionário que permanece sobre o Sudeste e Centro-Oeste por mais de três dias em média. Os autores enfatizam que, grande parte dos eventos de chuva durante o verão austral na região sudeste do Brasil, estão associados com perturbações atmosféricas como frentes frias (53%), ZCAS (47%).
2.3 Efeitos Locais
Entre os efeitos locais de maior importância para o surgimento e manutenção da ZCAS na AS estão: o elevado aquecimento local durante o verão austral e a presença da cordilheira dos Andes atuando como barreira dos ventos alísios. A região amazônica, durante seu período de verão, sofre intenso aquecimento, o que favorece um aumento na evapotranspiração e na atividade convectiva da região. Portanto, ocorrendo ascendência em grande escala de ar quente e úmido favorecendo a formação de bastante nebulosidade convectiva, liberando grandes quantidades de calor latente, que causa aumentos nas temperaturas e redução na pressão do ar adjacente, favorecendo ainda mais a convergência sob a região da ZCAS (Quadro et al.,1994). O fator cordilheira dos Andes desempenha importante papel para a ZCAS, pois ela impede que os ventos alísios, carregados de umidade vindos do Atlântico, continuem sua trajetória pelo oceano Pacífico. Esses ventos aos esbarrarem a leste cordilheira sofrem um giro sendo desviados para sul, atravessando o continente sul americano e se dirigindo ao Atlântico subtropical. Alguns estudos mostram as interações da ZCAS com efeitos locais. Conforme Figueiroa (1997 apud MENDONÇA; BONATTI, 2007), em estudo observacional e de modelagem de sistema na AS, constata-se que a convecção sobre a Amazônia é fundamental para o surgimento da ZCAS. Por outro lado, os fatores cordilheira dos Andes e ZCIT (Zona de Convergência Intertropical) são secundários, podendo haver a formação do fenômeno na ausência desses fatores.
3 DADOS E METODOLOGIA
Foram utilizadas para representar um estudo de caso, pretendem-se utilizar cartas sinóticas de superfície do CPTEC, imagens de satélite GOES-12, dados de Climanálise retiradas também do CPTEC, assim como dados de reanálises atmosférica global do modelo ERA-Interim do ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), com resolução de 0,5º (https://www.ecmwf.int/). As reanálises do modelo ERA-Interim, possuem alta resolução, sendo muito útil para capturar tanto os sistemas sinóticos assim como as características de mesoescala. Também foram utilizados dados do modelo GPCP (Global Precipitation Climatology Project), do site (https://rda.ucar.edu/), para os dados de
precipitação acumulada. Os campos iniciais a serem analisados são de temperatura do ar a 2m, espessura da camada, pressão ao nível médio do mar com vento a 10m, divergência de umidade e barbelas de vento em 850 hPa, magnitude do vento em 200 hPa, velocidade vertical e altura geopotencial em 500 hPa, temperatura potencial equivalente (Theta-e) em 500 hPa com o objetivo de identificar e explorar as características sinóticas que define a transição de um sistema frontal em um evento de ZCAS. De acordo com Kalnay et al. (1996), as reanálises do NCEP/NCAR já foram consideradas uma das bases de dados meteorológicos mais completas e consistentes. Todos os mapas foram gerados através do software GrADS (Grid Analysis and Display System), que é uma ferramenta interativa com ambiente integrado para visualização, manipulação e exibição de dados em até quatro dimensões. Esse levantamento também foi feito a partir de pesquisas já realizadas sobre episódios de ZCAS e sistemas frontais. Foi selecionado um estudo de caso entre os dias 13/01/2007 até 16/01/2007 relacionado aos sistemas frontais que podem se associar com ZCAS. Os critérios utilizados para avaliação dos casos foram baseados no boletim Climanalise (Climanálise, 2007) CPTEC, através de análise das catas sinóticas. Também foi utilizada para comparação de casos, o estudo de Bertol (2017), em que utiliza um algoritmo de classificação de imagens orbitais de Radiação de Onda Longa (ROL) para identificação de episódios de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS).
3.1 Métodos Utilizados
Para encontrar características de casos onde os sistemas frontais, ao interagir com a ZCAS, contribuem para sua intensificação ou formação, assim como no desenvolvimento de tempestades, o trabalho seguiu os seguintes passos: (i) Para a identificação de um sistema frontal assim como a ZCAS, foi inicialmente realizada uma análise sinótica predominante na região através da seleção de imagens de satélite, cartas sinóticas de superfície do CPTEC/INPE, e dados de reanálises atmosférica global do modelo ERA-Interim do ECMWF; (ii) após selecionar episódios preferenciais, foi selecionado para uma análise inicial o caso ocorrido entre os dias 13 a 16 de janeiro de 2007. Os campos analisados pela reanálise ERA-Interim são os de temperatura do ar a 2m, espessura da camada, pressão ao nível médio do mar com vento a 10m, divergência de umidade e barbelas de vento em 850 hPa, magnitude do vento em 200 hPa, velocidade vertical e altura geopotencial em 500 hPa, temperatura potencial equivalente (Theta-e) em 500 hPa. Com relação aos dados do modelo GPCP, serão utilizados para o estudo da precipitação acumulada.
3.1.1 Análise de Sistemas Frontais.
Para analisar a passagem de sistemas frontais na Região Sudeste, no respectivo estudo de caso, foi aplicado o método de identificação das frentes frias apresentado no trabalho de (RODRIGUES et al., 2004); dada pela seguinte ordem:
a) Giro do vento de quadrante norte para quadrante sul, o que representa uma inversão no sinal do vento meridional de negativo para positivo;
b) Permanência do vento sul por pelo menos mais de um dia
c) Queda de temperatura no momento do giro do vento, ou até dois dias depois, de pelo menos 0.5ºC.
RODRIGUES et al. (2004) salientam que uma frente fria que transita latitudes médias pode ser identificada através das variações dos campos de temperatura em superfície e vento, onde a mudança da direção do vento caracteriza o momento em que o sistema penetra a superfície. Com relação à penetração do anticiclone pós-frontal, pode estar relacionado ao giro do vento, tendo uma diminuição gradativa da temperatura em 1000hPa.
3.1.2 Análise de ZCAS
Com base nos dados da reanálise do modelo ERA-Interim, pretende-se detectar um episódio de ZCAS através da metodologia utilizada por Quadro (1994), onde é observado nos respectivos campos meteorológicos em um período de pelo menos quatro dias as seguintes condições:
a) convergência de umidade entre baixos e médios níveis (850 e 500 hPa);
b) Fluxo em 500 hPa apresentando um cavado na costa leste da América do Sul aliado a uma faixa de movimento vertical ascendente com orientação noroeste-sudeste localizada em níveis médios da troposfera; c) na faixa de nebulosidade convectiva uma crista é detectada no nível de 500hPa associada ao campo de temperatura potencial equivalente (θe) onde ocorre um forte contraste ao sul da faixa de nebulosidade, que separa a massa de ar quente e úmida vinda dos trópicos e a massa de frio e seco vindo de regiões de latitudes médias e altas;
d) em níveis altos da troposfera (200 hPa), é observado uma área de vorticidade relativa positiva (ζ).
É importante salientar que a reanálise possui altíssima resolução espacial (0,5º de longitude e latitude). Posteriormente é feita uma análise dos padrões termodinâmicos e dinâmicos do sistema, em termos da localização e estrutura vertical.
3.1.3 Cartas Sinóticas de Superfície
As cartas sinóticas de superfície permitem que o meteorologista adquira o conhecimento sobre a situação atual através de identificação de massas de ar, sistemas frontais, cavados, ZCAS, ZCITs entre outros sistemas sinóticos. Também é possível complementar a caracterização das tempestades locais que causam eventos de tempo severo, além de outros fenômenos atmosféricos de escala sinótica (MARCELINO, 2004).
3.1.4 Equações Dinâmicas Governantes
As principais equações empregadas dentro deste estudo, para interpretação dos resultados encontrados como variáveis diretas e derivadas para descrever os sistemas frontais e a ZCAS são; a altura geopotencial, Velocidade vertical ômega (VV), Divergência do fluxo de umidade (DU), Temperatura Potencial Equivalente (Өe).
Altura Geopotencial (Z)
Levando em consideração qualquer localização no planeta Terra a uma dada altura z, o geopotencial Ф(z) (cuja unidade é J kg⁻¹ ou m² s⁻²) é a quantidade de trabalho realizado ao contrario do campo gravitacional terrestre para levantar uma massa de 1 kg de ar do nível do mar até a altura z. O cálculo de Ф é realizado através da Equação 1.
Φ (z) = ∫ g dz
z 0
(1)
onde g é a aceleração da gravidade (m s⁻²) à uma altura z (m). A altura geopotencial z, é medida em metros (Equação 1), e é calculada pela razão entre o Ф(z) e a aceleração da gravidade média na superfície terrestre
(go=9,81 m s⁻²). Portando, maior valor de Z está associado com mais gasto de energia para elevar uma parcela de ar até a altura z, o que é um indicativo de maior estabilidade atmosférica em relação às situações onde Z é menor. Entretanto a altura geopotencial, pode ser definida como:
𝑍 = Φ (z)
𝑔o (2)
Divergência do fluxo de umidade (DU)
A divergência do fluxo de umidade (s⁻¹) é calculada através da Equação 3.
𝐷𝑈 = 𝛻. (𝑞𝑉 ) = (𝛻 𝑞) 𝑉 + 𝑞 (𝛻 . 𝑉) (3)
onde V o vetor de ventos zonais e meridionais e q é a umidade específica. Se DU > 0 temos divergência de vapor d'água por segundo.
Velocidade vertical ômega (VV)
A velocidade vertical na atmosfera (ômega) pode ser deduzida através da equação da continuidade pelo campo de vento horizontal. Levando em consideração a coordenada vertical com termos da pressão, a equação 3, relaciona a velocidade vertical (VV em hPa s⁻¹) e a divergência de massa.
𝜕ω
𝜕𝑝 = −𝛻 . V (4) onde ∇⋅V é o divergente dos ventos horizontais. Da Equação 4 determina-se que, quando o divergente dos ventos horizontais é positivo (divergência), a velocidade vertical é negativa (ascendente) e vice-e-versa
Temperatura Potencial Equivalente (Өe)
Segundo Horton (1972) a temperatura potencial equivalente Өe é definida como a temperatura final que uma parcela de ar atinge quando é: (1) levantada adiabaticamente até seu Nível de Condensação por Levantamento (NCL); (2) levantada novamente, pseudo adiabaticamente,
liberando o calor latente de condensação, até um nível de pressão p; (3) trazida adiabaticamente de volta ao nível de referência (usualmente 1000 hPa). O calculo de Өe foi realizado seguindo a metodologia de Bolton (1980) e Guedes (1985) a partir dos dados de umidade relativa e temperatura do ar para um nível de pressão fixo (p), como mostrado na Equação.
𝜃𝑒 = 𝜃 𝑒𝑥𝑝 [(3,376
𝑇𝐿 − 0,00254) 𝑟 (1 + 0.00081 𝑟)] (5) onde Ө é a temperatura potencial (Equação 6)
θ = Tk (1000
p )
0,286 (1 – 0,28 x10( −3r)
(6) Onde TL a temperatura da parcela de ar no NCL (Equação 7)
𝑇𝐿 = 1 1 𝑇𝑘 − 55− 𝑙𝑛(100)𝑈𝑅 2840 + 55 (7)
No entanto r é a razão de mistura, calculada de acordo com Wallace e Hobbs (2006, p. 82) pela Equação 8, e TK a temperatura do ar em graus Kelvin
r = 0,622 es p − es(
UR
100) (8) onde es é a pressão de saturação do vapor d'água, obtida de acordo com Bolton (1980) pela Equação 9
es = 6,112 exp(
17,65Tc
Tc+243,5) (9)
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O caso analisado, ocorrido entre os dias 13/01/2007 e 16/01/2007está relacionado à incursão de dois sistemas frontais que se associaram com a ZCAS durante seu período de atuação. A primeira seção apresenta a análise sinótica deste período incluindo o dia posterior (17/01) caracterizando a dissipação da ZCAS. A segunda seção apresenta a análise dos campos meteorológicos disponibilizados pela reanálise ERA-Interim do ECMWF. A terceira seção apresenta a precipitação associada à ZCAS.
De acordo com o trabalho de Bertol (2017) e o Boletim Climanalise (Climanálise, 2007), a ZCAS atuou entre os dias 13 e 16 de janeiro de 2007, estendendo-se desde a região Amazônica, passando pelo Sudeste do Brasil, em direção ao Oceano Atlântico. Neste caso, verificou-se a incursão de dois sistemas frontais que verificou-se associaram com ZCAS, dando suporte para o estacionamento do sistema por um período maior na região de estudo.
4.1 Análise de Imagens de Satélite e Cartas Sinóticas
A figura 2 mostra as imagens de satélite e as cartas sinóticas do CPTEC referentes ao período inicial da atuação da ZCAS. Através das figuras 2a e 2b, observa-se a presença de uma frente fria ingressando sobre parte do território argentino e se estendendo até o Atlântico adjacente, onde tal sistema encontra-se acoplado a uma área de baixa pressão. Nota-se a ZCAS (extensa banda de nebulosidade - mostrada na imagem satélite (Fig. 2a)), que se estende do sudeste do AM, RO, MT, GO, MG e RJ até o Atlântico, onde se acopla a um núcleo de baixa pressão de 1000hPa, apresentando fraco gradiente de pressão. Verifica-se nas figuras 2c e 2d, que o sistema frontal (comentado anteriormente), atua sobre parte do território argentino, noroeste do Rio Grande do Sul, Santa Catarina se estendendo até o alto mar, ocluindo em torno de um centro de baixa pressão com valor central de 981 hPa. Neste dia 14 a ZCAS se apresenta sobre a área central do AM, ao longo dos estados de RO, MT, GO, MG e RJ até o oceano Atlântico, acoplado a um cavado em superfície. Na retaguarda da ZCAS, verifica-se a atuação de um sistema de baixa pressão, com valor central de 1005 hPa, contribuindo para o desenvolvimento de núcleos de instabilidade, acompanhados de pancadas de chuva e raios. No dia 15 as 00Z (figura não mostrada), foi verificado que o sistema frontal, permanece com seu ramo estacionário entre a
região Sul do Paraná, se estendendo ao longo do oceano Atlântico adjacente, provocando muitas nuvens carregadas, ocasionando pancadas de chuva com trovoadas. No dia 15 as 12Z, (Fig. 2e e 2f), verifica-se na imagem de satélite o acoplamento da ZCAS com o sistema frontal.
A figura 3 ilustra as imagens de satélite e as cartas sinóticas de superfície do CPTEC referentes à incursão de um novo sistema frontal que se associou com a ZCAS. Verifica-se nas figuras 3a e 3b, a presença de um sistema frontal, localizado sobre o oceano Atlântico na altura do Litoral do Rio Grande do Sul, associado a um centro de baixa pressão de 979 hPa no seu centro. Este sistema nas próximas horas interage com a ZCAS. Nota-se que a ZCAS se estende desde o AC, ao longo dos estados de RO, MT, GO, MG e RJ até o oceano Atlântico adjacente. Sistemas de baixa pressão são detectados na retaguarda da ZCAS, contribuindo para a formação de nuvens carregadas sobre a região. Nas figuras 3c e 3d, é possível observar um anticiclone associado ao ramo subsidente da ZCAS, atuando sobre SC e RS, onde o escoamento anticiclonico deste sistema, possibilita ausência de umidade do ar ao longo da coluna troposférica, o que inibe a formação de nuvens entre parte da região Sudeste e Sul do Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai. Verifica-se que a ZCAS, atua com formação de nuvens convectivas, e topos frios, tanto na região continental como no oceano Atlântico, acoplado a uma frente fria que se estende sobre a área oceânica, com centro de baixa pressão de 967 hPa, apresentando forte gradiente de pressão. Já no dia 17, (Fig. 3e e 3f) nota-se que a frente fria não esta mais conectada a ZCAS, porém a banda de nebulosidade ainda atua sobre a área continental.
Figura 2 - Imagem do satélite do GOES 12 no canal infravermelho (a, c, e) e carta sinótica de superfície (b, d, f) para as 12Z dos dias 13 a 15 de janeiro de 2007.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 3 - Imagem do satélite do GOES 12 no canal infravermelho (a, c, e) e carta sinótica de superfície (b, d, f) para as 00Z, 12Z e 00Z dos dias 16 a 17 de janeiro de 2007.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
4.2 Análise dos Campos Atmosféricos
A figura 4 mostra os campos de temperatura do ar a 2 m, referentes ao período do estudo de caso da ZCAS. Observa-se através da figura 4a e 4b, valores mais baixos, em relação às adjacências, variando entre 21 a 27ºC na região da ZCAS, sobre a área central do AM, ao longo dos estados de RO, MT, GO, MG e RJ até o oceano Atlântico adjacente. Estudos anteriores mostram que as temperaturas próximas a superfície são menores na região da ZCAS em função da presença da nebulosidade (Bertol, 2017). Nota-se também que, à medida que o sistema frontal avança sobre o Sul do Brasil, a temperatura fica mais baixa, variando entre 15 a 21ºC (Fig. 4b). Nos horários referentes as 06 e 12Z (figuras não mostrada), na região de interação entre a ZCAS e o sistema frontal, a temperatura diminui, variando entre 15 e 24ºC. Nas figuras 4c e 4d, verifica-se que houve um aumento gradativo da temperatura na região da ZCAS. No dia da interação entre o segundo sistema frontal com a ZCAS (Fig. 4e e 4f), nota-se que a variação da temperatura pode se dar pelo efeito do ciclo diurno.
A figura 5 mostra os campos de espessura da camada, pressão ao nível médio do mar e vento a 10m, referente ao período de estudo. Verifica-se na figura 5a, a presença de uma frente fria penetrando sobre parte do território argentino se estendendo até o Atlântico adjacente, acoplado a uma baixa pressão. Nota-se que sobre a região pós-frontal, os valores do campo de espessura da camada entre 1000 e 500 hPa, encontram-se mais baixos (camada mais fria) com valores que variam em torno de 5300 a 5500 m. Observa-se sobre a região da ZCAS, valores de espessura da camada mais elevada chegando a 5700 m, caracterizando uma camada quente. O padrão de circulação da ASAS, mantém sobre o litoral da região Nordeste do país e a região da ZCAS oceânica, com ventos predominantes do quadrante norte a nordeste com intensidade moderada a forte. Na figura 5b, observa-se um sistema frontal já sobre parte do território argentino, Santa Catarina se estendendo até o Atlântico adjacente, acoplado a uma área de baixa pressão. Nota-se sobre a região da ZCAS, que os valores de espessura da camada, se encontram com 5650 m. O padrão de circulação da ASAS, mantém ventos confluentes sobre a banda frontal. Verifica-se ao Sul da Argentina, um anticiclone pós frontal, com isóbara central de 1018 hPa, onde o padrão de escoamento anticiclonico é responsável pela advecção de ar frio ao longo do continente e Atlântico, com ventos predominante do quadrante sul a sudoeste, de intensidade moderada a forte. No horário das 00Z do dia 14 (figuras não mostrada), existe uma variação no campo de altura de
espessura da camada interagindo sobre a região da ZCAS, devido a um sistema frontal, que penetra o sul do RJ e parte do estado de SP se estendendo até o Atlântico adjacente. No momento da interação entre o sistema frontal e a ZCAS, é verificando que há uma grande confluência dos ventos sobre a área oceânica. Na figura 5c, o sistema frontal já esta conectado a ZCAS, e os valores de espessura da camada, se encontram um pouco menores, chegando a 5600 m, caracterizando uma camada um pouco mais baixa em relação às demais regiões adjacentes. Na figura 5d, o sistema frontal não é mais detectado sobre a região da ZCAS e não é mais plotado nas cartas sinóticas de superfície do CPTEC (Fig. 3f). Outro sistema frontal é observado sobre o oceano Atlântico na altura do litoral do Rio Grande do Sul, apresentando forte contraste no campo de espessura da camada (segundo sistema frontal que vai interagir com a ZCAS). Observa-se na figura 5e, que o sistema frontal (comentando anteriormente), encontra-se conectado a ZCAS, mantendo uma espessura menor com relação às adjacências chegando a 5650 m. Na figura 5f, nota-se que o sistema ZCAS nota-se dissipou, onde a espessura da camada apresenta valores maiores com 5700 m. O sistema frontal, que estava conectado a ZCAS, encontra-se fraco e mal configurado.
Figura 4 – Análise de temperatura do ar a 2 m (ºC), da reanálise ERA-Interim, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 12Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Fonte: Produção do autor
Figura 5 – Análise de espessura da camada (m) entre 1000 e 500 hPa, pressão ao nível médio do mar (hPa) e vento a 10m (m/s), da reanálise ERA-Interim, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 12Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) Fonte: Produção do autor
A figura 6 mostra os campos de divergência de umidade e barbelas de vento em 850 hPa, referente ao período de estudo. Verifica-se a figura 6a, que durante o episódio de ZCAS, a divergência do fluxo de umidade em 850 hPa esta com valores negativos (em tons de azul - mapa), indicando convergência desde a Amazônia até o Atlântico Sudeste. Quadro (1994) definiu que a uma das condições necessárias para que a ZCAS seja estabelecida, é a convergência de umidade em 850 hPa, ao longo deste sistema. O padrão de ventos predominantes do quadrante noroeste a norte com velocidade próxima de 10 m/s, são características do fluxo de ar quente e úmido do Jato de Baixos Níveis (JBN), sendo responsável pelo transporte de umidade para a região Sudeste e Centro Oeste do Brasil, tornando-se um dos principais mecanismos para a manutenção da precipitação. Segundo Chaves e Satyamurty (2006), durante os episódios de ZCAS, observa-se em baixos níveis (850hPa) um escoamento de ar quente e úmido com características de jato vindo da região amazônica e se estendendo até o Atlântico Sul. Na figura 6b, observa-se que a convergência se concentra especialmente sobre a região da ZCAS, com destaque para MS, GO e MG (aproximadamente -18x 1e⁸ s⁻¹). No dia 15 (Fig. 6c e 6d), é possível observar que a convergência de umidade ocorre sobre a região da ZCAS, onde o JBN atua com velocidade que oscila próximo de 10 m/s. Nota-se o predomínio de ventos fortes (em torno de 15 a 20 m/s) sobre a região do segundo sistema frontal, localizado em alto mar, na altura de SC e RS. Na vanguarda da ZCAS, verifica-se um padrão de divergência de umidade, onde é detectado uma crista em 850 hPa. Na figura 6e, observa-se que o segundo sistema frontal já se encontra conectado com a ZCAS, onde ocorre intensa convergência do fluxo de umidade. Observa-se na figura 6f, que a ZCAS já se dissipou, onde os valores de convergência de umidade e de vento encontram-se mal configurado.
A Figura 7 representa os padrões atmosféricos da média troposfera, através da análise de velocidade vertical e altura geopotencial em 500 hPa. Nota-se através da figura 7a, o movimento vertical ascendente (valores negativos de omega), sobre a região da ZCAS. Pelas linhas de altura geopotencial se observa um cavado semi-estacionário sobre o Atlântico Sul. Verifica-se na figura 7b, que o cavado em 500 hPa, atua sobre o Atlântico com valor de geopotencial de 5700 m. Valores negativos de Omega (aproximadamente -1 a -0,5 Pa/s) são observados ao longo da região da ZCAS. Observa-se sobre a figura 7c, alguns núcleos de omega negativo na região pós ZCAS, devido a presença de sistemas de baixa pressão em superfície. Na região da ZCAS e do sistema frontal, o omega encontra-se mais baixo com valor de -0,3 Pa/s. Nota-se que sobre a região do segundo sistema frontal que vai interagir com a ZCAS (no dia
16), atua com valores negativos de omega. Na figura 7d, nota-se que na borda leste do cavado, há valores de omega negativo, coincidindo a com a região do segundo sistema frontal. Sobre a faixa da ZCAS, ocorre forte levantamento de ar (aproximadamente -1 a -0,7 Pa/s). Na figura 7e, é possível verificar que a ZCAS encontra-se conectada a o sistema frontal, onde ao longo dos dois sistemas os valores de omega variam em torno de -0,3 a -0,1 Pa/s. A linha geopotencial ao longo do cavado em 500 hPa, atua com altura de 5700 m. Observa-se que na figura 7f, não há mais existência de ZCAS. Ao longo da região Noroeste sentido Sudeste, os valores de omega são mais altos, indicando que a ZCAS se dissipou. Alguns valores de omega são mais baixos, sobre as adjacências da região que estava a ZCAS, devido a núcleo de baixa pressão. Sobre o Atlântico, nota-se que o sistema frontal atua com valores -0,1 a -0,3 Pa/s.
Figura 6 – Análise de divergência de umidade (*1e⁸ s⁻¹), pressão ao nível médio do mar (hPa) e vento em 850 hPa (m/s), da reanálise ERA-Interim, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 12Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) Fonte: Produção do autor
Figura 7 – Análise velocidade vertical (Pa/s) e altura geopotencial (m) em 500 hPa, da reanálise ERA-Interim, de 12Z de 13/01 (a), 12Z de 14/01 (b), 12Z de 15/01 (c), 00Z de 16/01 (d), 12Z de 16/01 (e) e 00Z de 17/01 (f) do ano de 2017.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) Fonte: Produção do autor
