ANÁLISE DE PRECIPITAÇÃO ACUMULADA NA CIDADE DE VACARIA – RS
Luana Ribeiro Macedo1, Patrícia N. Tuchtenhagen2, Yoshihiro Yamasaki 3 1, 2, 3
Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, Brasil, lumeteorologia@gmail.com
Resumo
A ocorrência de eventos severos vem se tornando relativamente frequente nos últimos anos em várias regiões do globo. No Brasil, particularmente no estado do Rio Grande do Sul (RS) – os ventos intensos, queda de granizos e chuvas torrenciais tem causado grandes prejuízos, especialmente no ano de 2011. No dia 29 de agosto de 2011 a cidade de Vacaria (28º 30' 44" S, 50º 56' 02" O) sofreu grandes perdas civis e econômicas resultante dos ventos abnormais e pelo grande volume de precipitação. A análise desse evento severo é feita empregando observações convencionais e não convencionais, bem como resultados de processamentos do modelo de mesoescala WRF (Weather Research and Forecast). As simulações numéricas foram realizadas configurando o WRF com grades de alta resolução espacial. O modelo numérico apresentou resultados coerentes e compatíveis com os dados observados em relação à precipitação acumulada de 24 horas em alguns pontos de observações. A falta de dados convencionais observados e disponíveis, com alta resolução espacial compatível com as grades do modelo, sobre a região analisada limita uma comparação detalhada com os campos prognósticos do modelo numérico. O emprego do sistema de modelagem WRF vem se revelando como ferramenta essencial no prognóstico e diagnóstico de eventos severos.
Palavras – chave: mesoescala, WRF
Abstract
ANALYSIS OF ACCUMULATED PRECIPITATION IN THE CITY OF VACARIA – RS
The occurrence of severe weather events has become relatively frequent in recent years, in various regions of the globe. In Brazil, particularly in the Rio Grande do Sul state (RS) – the intense winds, hails and torrential rain have caused several damage, especially in 2011. On August 29, 2011 the city of Vacaria (28º 30' 44" S, 50º 56' 02" W) suffered great losses resulting from the civil and economic abnormais winds and by large amount precipitation. The analysis of this severe event has been done using conventional and non conventional observations, as well as the results of WRF mesoescale model (Weather Research and Forecast) processing data. The numerical simulations have been performed configuring the WRF with high spatial resolution grids. The numerical model presented results quite consistent and comparable with the observed data regarding the 24 hours accumulated rainfall. The lack conventional data available and observed, with high space and time resolutions, compatible with the one provided by the model forecast, over the focused region, restricts a full and detailed comparison with the numerical model forecast fields. The use of WRF modeling system has been revealed as an essential tool for the diagnosis and prognosis of severe events.
Keywords: mesoescale, WRF
1. Introdução
Temporais, fortes rajadas de vento e chuva de granizo causaram a destruição de algumas cidades da região norte do Estado do Rio Grande do Sul no dia 29 de agosto de 2011. Uma das cidades afetadas por este evento foi Vacaria – RS (28º 30' 44"S, 50º 56' 02” O), onde o prefeito chegou até mesmo a decretar situação de emergência, após a passagem do vendaval. Segundo relatos da imprensa, a cidade de Vacaria teve mais de 200 casas destelhadas, ruas centrais, prédios públicos e escolas alagadas. O fornecimento da energia elétrica foi suspenso devido à queda de árvores sobre postes de iluminação. A ocorrência de eventos severos está se
tornando mais frequente ao longo dos anos, mas em 2011 foram focos de atenção especial, pois o oceano pacífico esteve sobre a influência do fenômeno de La niña, o que contribui para a mudança da direção dos ventos em superfície e fluxo de umidade, principalmente na região norte do Estado do Rio Grande do Sul. O aumento da potência computacional dos últimos anos vem permitindo o aumento do emprego de modelos numéricos no âmbito das pesquisas de fenômenos atmosféricos e previsão do tempo em mesoescala. O sistema de modelagem numérica do tempo WRF (Weather Research and Forecast), em especial, vem sendo empregado como uma das ferramentas necessárias para reproduzir, da melhor forma possível, a estrutura termo-hidrodinamica da atmosfera. O desenvolvimento foi realizado utilizando o modelo WRF para simular e verificar a habilidade do mesmo, em prever a ocorrência de precipitação, sobre o Estado do Rio Grande do Sul.
2. Dados e Metodologias
A análise do evento foi procedida empregando dados da rede de estações automáticas do INMET que cobrem a região sul do Brasil; imagens do canal infravermelho do satélite GOES-12, do dia 9 de janeiro de 2011 do DAS/INPE; bem como resultados das simulações numéricas processadas com o modelo de mesoescala WRF (Skamarock, 2008).
O modelo de mesoescala WRF, não hidrostático, foi configurado com dois domínios aninhados, cobrindo as áreas apresentadas na figura 1, com resoluções espaciais de 18 km, para o domínio D1 mais externo, e de 6 km, para o domínio D2 interno e com 35 níveis sigma na vertical. Os resultados da simulação foram armazenados com intervalos de 30 minutos para ambos os domínios de integração.
Figura 1: Domínios do modelo WRF.
O processamento do modelo WRF foi realizado utilizando como condições iniciais e de contorno, os prognósticos do modelo global GFS (Global Forecast System) com formato GRIB2. As parametrizações físicas básicas, configuradas para o processamento do modelo WRF, são representadas na tabela 1. Como o domínio menor (D2) apresenta uma resolução espacial menor que 10 km, não foi empregada nenhuma parametrização de nuvens do tipo cumulus para esse sub-domínio de integração. Detalhes sobre o modelo WRF, bem como uma completa descrição sobre as parametrizações são apresentadas por Skamarock et al. 2008.
Parametrizações Domínio 1 Domínio 2
Microfísica WSM-6 WSM-6
Radiação OL CAM CAM
Radiação OC CAM CAM
CLP Mellor-Yamada-Janjic Mellor-Yamada-Janjic
Tabela 1: Parametrizações empregadas no WRF na simulação numérica
3. Resultados
Na figura 2 são apresentadas a sequência de imagens espectrais, do canal infravermelho do satélite geoestacionário GOES-12, do dia 29/08/2011. Elas apresentam, claramente, a presença de uma frente estacionária localizada entre o Paraguai e o norte do Estado do Rio Grande do Sul; estendendo-se como uma frente fria pelo Oceano Atlântico - até o ciclone extratropical centrado próximo a 45ºS/35ºW. A sequência de imagens apresenta, com isso, uma banda de nebulosidade que contribuiu para a intensificação da instabilidade no norte do Estado do Rio Grande do Sul. O sistema frontal se intensificou em um curto intervalo de tempo da ordem de 90 minutos, e passou sobre a cidade de Vacaria.
(a) 18:00 UTC (b) 18:15 UTC
(c) 18:30 UTC (d) 18:45 UTC Figura 2: Imagens do dia 29/08/2011 do satélite GOES – 12
Na figura 3 são apresentados os campos da divergência em 250 hPa, onde se observa uma circulação anticiclônica sobre parte do centro norte do Brasil. Na parte sul desse sistema nota-se um escoamento de oeste. A presença de um escoamento difluente a norte e oeste da Região Norte gera a divergência em altos níveis o que acaba induzindo a convergência em baixos níveis. Este padrão associado à termodinâmica forma a atividade convectiva mostrada nas imagens de satélite.
(a) 00:00 UTC (b) 12:00 UTC Figura 3: Campo da divergência no nível de 250 hPa – Modelo GFS – 29/08/2011
A figura 4 apresenta o campo de vorticidade, no nível de 500 hPa. Através desse campo é possível verificar que ainda há um domínio predominante do escoamento anticiclônico que influência a circulação do norte do Estado do Rio Grande do Sul e ao Sul de Santa Catarina. Este anticiclone promove o aquecimento por compreensão adiabática e gera o entranhamento do ar na camada mais altas da troposfera, causando subsidência sobre as áreas e deixando-o com o tempo quente e seco. Observa-se no nível de 500 hPa a presença de um cavado pré-frontal, entre 40ºS e 50ºW, que tem uma baroclinia evidente e é facilmente observado pelo vetor do campo dos ventos da figura.
(a) 00:00 UTC (b) 12:00 UTC Figura 4: Campo de Vorticidade no nível de 500 hPa – Modelo GFS – 29/08/2011
Na figura 5, são apresentados os campos de vento a 10 metros de altura, para os dias 28 e 29, no horário das 00:00 UTC e 12:00 UTC respectivamente. Os locais em que a atuação dos ventos é significativa, ao sul de 20ºS, é possível delinear os jatos de baixos níveis. Eles disponibilizam a energia que alimenta a onda frontal da superfície. A figura 5a mostra que na região norte do Estado do Rio Grande do Sul os ventos eram predominantemente de norte/nordeste, apresentavam um perfil anticiclônico e advectavam umidade do Oceano Atlântico. Na figura 5b nota-se a atuação dos ventos de sul/sudeste - indicando a passagem da frente fria sobre a região de Vacaria. Há uma confluência dos ventos de sul/sudeste com os ventos de norte/nordeste, formando um ciclone sobre o atlântico a sudeste do estado. Posteriormente ocorreu um deslocamento do ciclone formado anteriormente e a advecção de umidade provinda do oceano pelos ventos de sudeste.
(a) 00:00 UTC (b) 12:00 UTC Figura 5: Direção e magnitude do vento a 10 metros – Modelo GFS – 29/08/2011.
Na Figura 6 são apresentados os campos da temperatura a 2 m de altura, previsto para o dia 29/08/2011. Em ambos os horários nota-se que a temperatura não sofreu grandes alterações e que oscila entre 15ºC e 20ºC. Essas temperaturas apresentam uma concordância relativamente boa com àquela observado pela estação automática, que registrou um valor um pouco inferior a 20ºC, tanto antes como durante a ocorrência do temporal.
(a) 00:00 UTC (b) 12:00 UTC Figura 6: Campo de temperatura – Modelo GFS – 29/08/2011
Na figura 7 são apresentados os resultados da precipitação acumulada, previsto pelo modelo WRF. Comparando as precipitações apresentadas nas figuras, sobre a região de Vacaria, com os dados observados, contata-se que o modelo superestimou os valores de precipitação. Enquanto o modelo apresenta um valor de precipitação acumulada de cerca de 80 mm em 18 horas, a estação automática de Vacaria registrou um valor de 32,8mm. Não obstante, o modelo conseguiu obter resultados bem próximos aos valores observados na estação em relação à precipitação acumulada de 24 horas - que a estação automática registrou valor da ordem de 72mm, o que representa cerca de 50% da média esperada para o mês de agosto na cidade de Vacaria – RS (Cardoso et al., 2010).
(a) 00:00 UTC (b) 12:00 UTC
Figura 7: Precipitação acumulada (a) 00 às 18 UTC, (b) 00 às 24 UTC
A figura 8apresenta a precipitação acumulada plotada a partir de uma interpolação tipo Barnes, com valores
observados em varias estações do INMET, próximas a cidade de Vacaria. Analisando as figuras para a região de interesse e comparando com os dados observados, nota-se, que para o período de 24 horas, os resultados estão coerentes com os mesmos, bem como com os resultados do modelo WRF. Porém, ressalta-se que em outros instantes posteriores os valores da precipitação acumulada foram subestimados pelo modelo em relação aos valores observados.
(a) 00:00 às 18:00 UTC (b) 00:00 às 24:00 UTC Figura 8: Precipitação acumulada (a) 00 às 18 UTC, (b) 00 às 24 UTC
4. Conclusões
A presença de uma frente estacionária entre o Uruguai e o Norte do Estado do Rio Grande do sul, favoreceu o aumento de nebulosidade que gerou forte instabilidade sobre o norte do Estado, no dia 29 de agosto de 2011, ocasionando assim fortes rajadas de ventos, queda de granizo e chuva intensa. A indisponibilidade de dados observados com alta resolução espacial compatível com a da resolução do modelo processado em alta resolução, torna difícil o desenvolvimento de um completo prognóstico sobre o evento ocorrido. Para realizar a analise de forma mais detalhada possível sobre o evento, foram utilizados o modelo de mesoescala WRF configurado com dois domínios aninhados (D1 e D2), cobrindo a região do Sul do Brasil, e os parcos dados observacionais forma interpolados para a produção do campo da precipitação.
O campo das precipitações geradas como resultado da interpolação de Barnes apresentaram valores relativamente compatíveis em relação à precipitação acumulada de 24 horas. Os centros de máxima
precipitação encontram-se a norte do Estado do Rio Grande do Sul, com valores próximo a 110 mm; valor esse bem próximo, também, ‘aquele registrado pela estação remota de Vacarias, do INMET, e ao que foi simulado pelo modelo de mesoescala WRF. A precipitação acumulada durante 24 horas para a cidade de Vacaria, registrada pela estação do INMET (71,2 mm) foi praticamente o mesmo previsto pelo WRF (70 a 80 mm).
O modelo WRF foi capaz de prever com destreza a penetração da onda frontal, que passou sobre a região norte do Rio Grande do Sul, e que em ultima análise afetou a cidade de Vacaria, conforme resultados caracterizadas pelas analises feitas sobre o domínio D1 do modelo numérico.
5. Referências
Cardoso, D.S; Diniz, G.B; Silva, J.B; Climatologia das Chuvas no Estado do Rio Grande do Sul. CBMET, 2010. Anais. Disponível em <http://www.cbmet2010.com/anais/artigos/224 79909.pdf> Acesso em: 26/03/2012.
CPTEC. Disponível em: <http://www.cptec.inpe.br> Acesso em 10 jan. 2012
INMET. Disponível em: <http://www.inmet.gov.br> Acesso em 01 de set. 2011
Klemp, J. B.; Skamarock, W.C. and Dudhia, J., 2007: Conservative split-explicit time integration methods for the compressible nonhydrostatic equations, Mon. Wea. Rev. 135, pp. 2897–2913.
Skamarock, W.C.; et al., 2008: A Description of the Advanced Research WRF Version 3 . NCAR/TN 475+STR Tech. Note, UCAR,2008.
6. Agradecimentos
A todas instituições pelo provimento dos dados, suporte e facilidades à condução da pesquisa desenvolvida: NCEP, CPTEC/INPE, UCAR, UFPEL, PET/UFPEL, CNPq.
