O campo do fluxo de vapor dágua atmosférico sobre a região Amazônica

O campo do fluxo de vapor dágua atmosférico sobre a região Amazônica

Resumo

Utillzando dados de ar superior obtidos em 9348 ra· diossondagens na região Amazônica e adjacências, du-rante o período 1972/ 1975, foram estimadas as

compo

-nentes zona! e meridional do fluxo de vapor O. inte· grado entre os níveis de 1000 (superfície) e 500 miliba-res (5560 metros de altitude, aproximadamente) . Ficou evidenciado o comportamento predominantemente zo· nal do fluxo na região, estimando-se em 2895 e 2203g de vapor ; em. s os valores médios da componente zona! em Belém e Manaus. respectivamente .

INTRODUÇÃO

A precipitação média da reg1ao Amazôni· ca é em torno dos 2400mm/ ano, constituindo um dos mais altos índices pluviométricos do globo. A questão fundamental é saber qual a real contribuição da floresta para esta precipi· tação. A hidrologia clássica, utilizando méto· dos que permitem o estudo do balanço de água de uma bacia hidrológica, não fornece infor· mações quanto à origem do vapor dágua at· mosférico que realmente controla o ciclo hidrológico .

Os estudos da circulação geral da atmos-fera conduziram a uma nova metodologia de pesquisas hidrológicas baseada na análise dos campos das diversas grandezas que caracteri-zam o estad0 da atmosfera e a dinâmica da água na fase de vapor.

Com o aumento do número de observa-ções do ar superior verificado no mundo, tem sido possível solucionar muitos problemas associados ao transporte de vapor dágua at-mosférico e suas conseqüências no balanço da água em uma região. Esta metodologia foi aplicada à bacia Amazônica e algumas infor-mações básicas puaeram ser obtidas quanto

José Marques ( * )

Je sus Marden dos Santos( **) Eneas Salati ( * * *)

à dinâmica do vapor dágua na reg1ao. Os da-dos obtida-dos de uma análise de 9348 radiosson-dagens em 4 anos, serão publicados em 4 artigos. Este é o primeiro, versando sobre o transporte de vapor dágua; o segundo sobre o armazenamento aéreo do vapor dágua; o ter-c<::iro sobre a divergência do fluxo de vapor dágua e as chuvas na região e, finalmente, no quarto far-se-á uma estimativa da evapotrans-piração rea l na bacia .

REVISÃO DA LITERATURA

Estudos recentes mostram que o transpor-te aéreo de vapor constitui o mais importantranspor-te suprimento de água para a seqüência do ciclo hidrológico . Vários estudos sobre o transpor-te aéreo de vapor dágua foram feitos, dentre outros, por Benton & Estoque (1954) e Ras-musson ( 1966, 1967) para os Estados Unidos: para o mar Báltico por Palmén & Sõderman (1966); para

a

Austrália por Hutchi ngs (1961) e para a bacia Amazônica por Molion (1975), Marques ( 1976) e Marques et a/. ( 1977) .

Benton

et a/.

(

1950) evidenciaram o papel do vapor dágua atmosférico no ciclo hidroló-gico

e

esclareceram as relações entre o ciclo e í:1 massa de ar que se deslocam sobre a bacia

do rio Mississipi . A partir de dados aerológi-cas os autores determinaram que não mais

::)Ue 1 O% da precipitação total é oriunda de vapor dágua conti nental

e

que a maior parte da chuva caída originou-se da massa de ar oceânica . Segundo eles, não foi necessária urna alta correlação entre os valores mensais da transferência do vapor dágua e da precipi-tação; mas a precipitação foi mais associada com a convergência do campo do vapor dágua do que com a sua transferência, idéia esta

con-( • ) - UFRJ - I. Geociências, Departamento de Meteorologia ( • • ) - ESALO/ USP - Departamento de Física e Meteorologia (""*) - Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus

firmada em trabalhos de Spar (1953), Benton

& Estoque ( 1954) , Peixoto ( 1959) , Bettencourt

&

Faria (1970) e Barnes (1964) .

MATERIAL E MÉTODOS

Os dados básicos de altitude utilizados neste estudo foram obtidos a partir de infor-mações aerológicas das seguintes estações. cuja localização acha-se na figura 1 :

Estação Pais Altitude Latitude Logintude m

Belém Brasil 40 1o28'S 4S027'W

Brasília Brasil 1061 15o5o·s 4SOOO'W Carolina Brasil 193 7o20'S 47028'W

Manaus Brasil 13 3o09'S 59059'W

Vllhena Brasil 582 12o44"S 60008'W Bogotá Colômbia 2541 4°42'N 74o09'W

Lima Peru 13 12-01

·s

77o08'W

lquitos Peru 126 3°45'5 73o15'W

Maracay Venezuela 442 10020'N 66045'W S. Antonio Venezt:ela 404 SoOO'N 72o30'W S. Elena Venezuela 907 4o3S'N 61oOO'W

->

O fluxo de vapor dágua O entre dois níveis isobáricos otmosféricos P. e P2 é dado pela seguinte equação :

- >

o =

qVdP

-onde:

702-- >

v =

g

-componente horizontal do vento em m/ s;

aceleração da gravidade em m/ s 2

;

q

=

umidade específica média entre os níveis P. e P2, em gramas de vapor por Kg dt: ar úmido;

P1,P1

=

pressão nos níveis lsobári-cos padrões limitantes da camada, em mb .

Observações diárias do vento, da tempera-tura e da umidade relativa disponíveis para até 8 níveis isobáricos estendendo-se desde

a

superfície até os 500mb ( ::::: 5 . 500m) , foram utilizados para computar a transferêncio hori-zontal de vapor dágua na área coberta pel as estações aerológicas acima relacionadas .

- )

Computou-~ c. os fluxos parciais O ·. em cad3

subcamada de 50mb de espessura com os da-dos obtida-dos em c3da estação a&rológica isola

->

damente; os valores O ' integrados na vertical , foram utilizados para estimar o fluxo total de vapor sobre cada estação .

Foram utilizados os dados referentes ao período 1972/ 1975, num total de 9348 radios-sondagens .

->

O vento horizontal V foi decomposto nas suas componentes zonal (u) e meridional (v)

->

->

->

ou seja, V

=

ui

+

vj obtendo-se assim, a par-tir da equação 1, as correspondentes campo· nentes zonal O)..(positiva no sent1do oeste-les-te) e meridional O <f> (positiva no sentido

sul-nurte) do fluxo :

g

f

qu dp ... .. . . . (2)

1

j"

O<I>

=

-9

- qv dp .. .. .. .. .. (3)

No presente trabalho, P1

=

1000mb e P2

=

500mb . Corr.o a variação vertical da umidade específica (q) não é linear entre esses dois níveis, utilizou-se os valores obtidos para as subcamadas 1000/ 950, 950/ 900, 900 850, 850/ 800, 800/ 700, 700/ 600 e 600/ 500mb.

Os valores das componentes do fluxo foram lançados em mapas e traçados os respectivos c3mpos dos fluxos zonal e meridional . Por lei-tura direta em cada vértice de uma méllha de 5° de lado foram obtidos os valores das compo-nentes do fluxo e obteve-se o valor do fluxo total de vapor

o

=

1

ot

+

o~

em cada ponto.

'J .

REsULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÃO

Acima do nível dos 500mb as curvas mos-tr:iram uma tendência para serem nulos os va-lores da umidade específica

q,

razão pela qual

os estudos se restringiram somente até este nível.

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Altitudes entre 500 e 1000 metros

Altitudes ncima de

dOOO

metros

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-Estaçoes oluviomêtricas

Estacões de radiossondagens

Limites da bacia Amazônica

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Flg. 1 - Hede de estações pluviométricas e de radlossondagens utilizadas.

O campo do ...

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TABELA 1 - Valores mensais e médios das componentes zonal O). e meridional O ~. em gramas de vaporjcm .s, do fluxo de vapor no período 1972/1975.

Estação Belém Bogotá Brosflia Carolina lqultos lima Manaus Marl\cay

S. Antonio

S Elena

Vilhena

Componente

O).

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-3024 -2914 -2744 -2655 -2847 -3185 -2977

283 321 48 390 844 1126 1447

-358 -265 -302 -351 -647 -896 -859

97 103 65 125 191 234 255

-560 -841 -141 -4 7 4 -505 -443 -468

·585 -444 655 -200 -76 -87 -127

-1105 -531 -825 ·1310 -1825 -1627 856

-308 -104 -226 64 696 646 165

-174 -99 -44 -118 -163 -124 -201

18d 166 31 70 103 139 175

-2229 -2330 -1869 -1852 -2354 -2743 -2670

-505 -504 -460 -101 114 499 717

-561

91

-310 -245

19 73

108 449 31

-824 -771 -570

-220 -1019 -1937

194 774 1105

116 -535 -750 -356

-37 385 -703 -523

Ago Set Out No v Dez

-2979 -3019 -2731 -2835 -2725

886 662 19 123 123

-789 -553 -379 -409 -267

219 205 72 44 48

-405 ·719 29 256 ·254

23 19 -330 -549 ·696

-344 -1190 -905 -1 107 -413

52 ·44 -197 -228 -231

-1411 -826 -979 -818

-235 -1265 -1243 -1058

-148 -142 -163 -204 -226

170 89 203 216 326

-2346 -2345 -1879 -1791 -2029

-304 274 -209 68 -353

-1495 -1272 ·958 -874 -712

640 879 490 181 101

·573

·635

·1238 -1517 -747 -34

887 710 473 -215

-743

234

-643 -278 250

-716 -625 -848 633

-182

(I) somente 1973 e 197-4; (2) somente 197o4; (3) somente 1975; (o4) somente 1972 e 1973; (5) somente 1972, 1973 1974

Média -2895 523 -506 138 -371 -309 -1003 15 -1008 -950 -150 156 ·2203 -64 -873 413 -884 464 ·129 -568 Total

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Flg. 2 - Distribuição mensal do componente zonal 0).. do fluxo de vapor, em gv/ cm .s . Valores positivos Indicam sen· tido de Oeste para Leste.

1400

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Fig . 3 - Distribuição mensal da componente meridional Oq> do fluxo de vapor, em gv/ cm .s. Valores positivos Indicam sentido de Sul para Norte.

Os valores mensais das componentes zonal O À e meridional

Qq,

do f luxo de vapor dágua atmosférico acham-se sumarizados na tabela 1

DISTRIBUIÇÃO MENSAL DA COMPONENTE ZONAL DO FLUXO VE VAPOR Q· _{• A.}

A tigura 2 construída com os valores mé-dios de OÀ. mestra a distribuição mensal ds componente zona! do fluxo de vapor para algu· mas das localidades estudadas. Nota-se a pre-jjominância dos valores mais elevados em Be·

Jm

e Manaus, constância do sentido leste oeste bem como o fato de estar a maioria das cu1 vas em fase. Isto implica na caracterização de um comportamento uniforme do transporte de vapor no sentido leste-oeste na região.

DlSTRll!UIÇÂt) MENSAL DA COMPONENTE Mi::RIDION AL DO FLUXO DE VAPOR ( ~

Esta dis<ribuição acha-se representada na figura 3. Com exceção de Vilhena, Brasília, Ca-ro! i na e Manaus as demais apresentaram O<!> cem sentido de sul para norte durante todo o ano, com valores maiores no inverno do he-misfério sul .

- >

Dl:STRIBUlÇÂfl DO FLUXO TOTAL Q SOBRE A BACIA AMAZÔNICA

A análise das figu ras 4 a 7 evidencia que praticamente todo o ano é caracterizado por uma entrada maciça de vapor dágua na bacie oriundo do Oceano Atlântico. Para o mterior da bacia o tluxo vai diminuindo gradativamente, devido a diminuição da velocidade do vento pois há um aumento dos valores da umidadP. específica à medida que maior penetração se verifica . Além disso o obstáculo natural que é a cordilheira dos Andes funciona como um ve,·dadeiro paredão no fim de um hipotético corredor dP quase 4 . OOOkm de extensão . Nas mesmas figuras encontram-se também os cam-pos do armazenamento aéreo do vapor dágua, estimado pela água precipitável Wp .

Da análise das figuras os seguintes fatos são evidenciados :

o papel do oceano Atlântico com fonte constante de vapor dágua para a região; a região Amazônica, por sua vez, expor-tando parte do vapor para a região do Chacn paraguaio e Brasil Central,

prin-O campo do ..

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Fig 4 - Valores do campo vetorial O - O)..

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M~dia do período 1972/ 1975, obtida para as quadricu-las de 5° de latitude por 5° de longi tude Valores para ma1ço . Unhas t race1adas . água precipitável, em mm.

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1 em 2000gv/cm s

cipalmente nos meses de março e r.fe zembro, sendo pequena esta contribui· ção em junho e setembro;

apesar dos valores elevados do tluxo ->

O próximo a Belém, a existênci a de um período de seca bem definido na meta-de da illha meta-de Marajó sugere a realiza-ção de estudos mais profundos e deta-lhados das características do armaze mente de água e circulação locsl .

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Fig . 5 - Valores do campo vetorial O = O)..

+

O<j>. Média do perlodo 1972/ 1975, obtida para as quadrfcu· las de 5'' de latitude por 5' de longitude Valores para íunho. Linhas tracejadas : água precipitável. em mm.

1 em 2000gv/ cm . s

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Fig 6 - Valores do campo vetorial O = 0).

+

O<jl. Média do penodo 1972/ 1975, obtida para as quadricu· las de 5• de latitude por 5" de longitude . Valores para setembro. Linhas tracejadas : água preclpitável, em mm.

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-> -) - > Fig . 7 - Valores do campo vetorial O - 0).

+

O<Jl. Média do perlodo 1972/ 1975, obtida para as quadrícu· las de 5• de latitude por 5• de longitude. Valores para dezembro. Linhas tracejadas : água preclpitável, em mm.

1 em

=

2000gv/ cm s

VARIAÇÃO MENSAL DA DISTRIBUIÇÃO VERTICAL )A COMPONENTE ZONAL DE VAPOR DÁGUA, Q).

Nas figuras 8 a 11 acham-se representadas

as variações mensais e por altitude da compo· nente zonal O). para as principais estações utilizadas neste estudo.

As figuros 8 e 9 analisadas em conjunto mostram a oredominância do sentido este-oes·

708-te . na faixa Belém-Manaus. Os maiores vato· res acham-se em torno do nível de 700mb o que corresponde a 2. 400m de altitude, aproxi· madamente. Desde a superfície até este nível nota-se que

o

comportamento da variação da componente O). é diferente daquele verificado entre os 750 e 500mb.

A análise do trecho Brasílla-Vilhena, feita com auxílio das figuras 10 e 11 mostra uma concordância entre os perfis no período abril· setembro mas de outubro a março Vilhena apresenta uma inversão no sentido dv fluxo em todos os 11íveis. Naquele período, quando o domínio da ação do anticiclone permanente do Atlânlico sul começa a se manifestar sobre o continente, há um enfraquecimento do centro de baixas pressões do Brasil Central e Chaco paraguaio e, em conseqüência, impõe uma com· ponente de Este. No período primavera-verão, o anticiclone desloca-se mais para o oceano danào lugar a migração, em direção a leste do sistema de baixas pressões do Brasil Cen-tral aparecendo, então, uma componente oeste do vento principalmente sobre Vilhena . Este fato tambérn acha-se evidenciado nas cartas de representação espacial do fluxo total (Figuras

4

a

7) .

V.'UUAÇÃO MENSAL DA DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DA COMPONEN'l'E MERIDIONAL DO FLUXO DE VAPOR DÁGUA, 04>

Em Belém, figura 12, o sentido norte-sul fez-se sentir somente na camada 1 000/ 900mb exceto no período do inverno; a partir dos 900mb toda penetração longitudinal d~ vapor na bacia se processou do sul para norte . A costa nordeste da América do Sul teve uma adição constante de vapor dágua oceânico, sem alterar a característica quase latitudinal

- >

do fluxo total

o,

conforme pode ser vetificado pelas figuras 4 a 7.

A análise do trecho Belém-Carolina, figuras 12 e 13, evidenciou que, no verão, o desloca-mento para leste do centro de altas pressões do Atlântico sul altera notadamente

o

vento naquele trecho tanto em direção como em ve-locidade, permanecendo inalterado os valores da umidade específica.

mb _{-150 -150 -100 -50} m

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Fig . 8 - Variação mensal da distribuição vertical da componente zona I 0).,. em gv/cm . s. em Belém. Média do pe·

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riodo 1972/ 1975. Os valores negativos indicam sentido de leste para Oeste.

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Fig. 9 - Variação mensal da distribuição vertical da corrponente zonal 0).,. em gv/cm .s, em Manaus . Média do pe-rfodo 1972/ 1975. Os valores negativos indicam sentido de leste para Oeste.

OS PERFIS DAS COMPONENTES DO FLUXO DE VAPOR DÁGUA AO LONGO DA BACIA AMAZÔNICA

As operações de radiossondagem de !qui-tos, Peru. iniciaram-se em setembro de 1975, aumentando o número de informações aeroló-gicas disponíveis, principalmente na América

mb 50 600

o

' _' 50 \ \ '

--do Sul, cuja baixa densidade da rede não tem permitido um maior detalhamento da circula· ção geral da atmosfera nas regiões tropical e equatorial. Afortunadamente lquitos, situada na bacia Amazônica constitui-se, juntamente com Manaus e Belém, importantes pontos que

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Me se!.

Fig. 10 - Variação mensal da distribuição vertical da componente zonal 0)..., em gv/cm.s, em Brasília . Média do período 1972/1975 . Os valores negativos indicam sentido de Leste para Oeste .

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Fig. 11 -Variação mensal da distribuição vertical da componente zonal 0)..., em 9v/cm.s, em Vilhena . Média dope-r!odo 1972/1973. Os valores negativos indicam sentido de Leste para Oeste.

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Fig . 12 - Variação mensal da distribuição vertical da componente meridional OcJ>. em gv/cm .s. em Belém . Média do perfodo 1972/1975 . Os valores negativos indicam sentido de Norte para Sul

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Fig. 13 - Variação mensal da distribuição vertical da componente meridional OcJ>. em gv/ cm . s, em Carolina . Média do período 1972/ 1974. Os valores negativos indicam sentido de Norte para Sul.

permitirão uma melhor represent~ção e enten-dimento da distribuição dos transportes de vapor dágua na região. As figuras 14 e 15 fo· ram construídas somente com os dados do mês de setembro de 1975 não devendo serem con-sideradas como representativas de uma si-tuação climatológica para a área.

Nas representações mensais, não apre· sentadas neste trabalho, verificou-se uma re-petição anual do mesmo modelo de perfil, sugerindo que as figuras acima não se distan-ciaram muito do padrão.

PERFIL DA COMPONENTE ZONAL DO FLUXO, 0)... FIGURA 14

Houve uma diminuição dos valores do fluxo zonal, com gradiente bem acentuado à medida que maior penetração para

a

mterior é verificada . Acima dos 650mb (

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3.500m) a componente zor.al do fluxo inverte o

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Fig 14 - Perfil longitudinal da componente zonal do

fluxo de vapor O)... para setembro/ 1975, em gvcm. s. Valores negativos Indicam sentido Leste-Oeste.

do, passando

a

ser de oeste para leste. Nos níveis mais baixos e entre lquitos e a Cordi-lheira dos Andes o valor tende a se anular.

PERFIL DA COMPONENTE MERIDIONAL DO FLUXO,

0d• FIGURA 15

Verificou-se a existência de uma compo-nente, da magnitude relativamente grande, no sentido da Amazônia para o interior do

con712

-Fig. 15 - Perfil longitudinal da componente meridional do fluxo de vapor Orf>. para setembro/1975, em gv/ con.&.

Valores negativos indicam sentido Norte-Sul.

tinente significando que, pelo menos rto mês analisado ha uma exportação de vapor da Amazônia para o interior do continente.

CONCLUSÕES

Os resultados aqui apresentados resume. ~­ se aos obtidos para um período relativamente curto (1972-1975), mas que, de um modo ge· ral. dão uma idéia do comportamento dinâ-mico do vapor dágua na reg1ão Amazônica Estudos ma1s detalhados, principalmente na parte mais oriental da bacia deverão ser fei· tos abrangendo maior número de anos.

As conclusões mais genéricas são aque-las relativas à constatação de uma adição con:;tante de vapor dágua de origem oceânica e com uma componente predominantemente zonal. Entretanto, segundo pode-se depreen der do trabalho de Peixoto ( 1972) não

é

descartada

a

possibilidade de alguma penetra-ção de vapor dágua oriundo do oceano Pacífico. possibilidade esta que deverá ser estudesdél para um melhor entendimento da hidrolOgia da região.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a FINEP, CNPq, FAPESP, CNEN e Secretaria de Tecnologia do Estado de São Paulo pelos recursos conceai-dos; à SUDENE, Ministério áa Aeronáutica

(Divisão de Meteorologia/ DEC e DEC/CTA) e

Força Aérea Venezuelana pela cessão dos dados meteorológicos de altitude necessários a esta pesquisa.

SUMMARY

lhe zonal 0).. and meridional O<f> water vapor flux components. from 1972 to 1975 period, using 9.348 radiossonde data are presented: there is a zonal w.;ter vapor flux evidence over the Amazonas basin . The mean 0).. values over Belém and Manaus w:?re 2.895 and 2.203g/ cm .s, respectively, in a 1000/ SOOmb layer.

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(Aceito para publicação em 28/ 09/ 79)