UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE RECURSOS NATURAIS
PROGRAMA DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
CLIMATOLOGIA DE FRENTES FRIAS NO LESTE DA
AMÉRICA DO SUL: INTERCOMPARAÇÃO
DE DADOS
MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO
Marina de Almeida Barbosa
Itajubá, MG, Brasil
2016
por
Marina de Almeida Barbosa
Monografia apresentada à comissão examinadora Programa de Graduação em Ciências
Atmosféricas da Universidade Federal Itajubá (UNIFEI, MG), como requisito parcial para
obtenção do grau de
Bacharel em Ciências Atmosféricas.
Orientadora: Michelle Simões Reboita
Itajubá, MG, Brasil
2016
Agradeço primeiramente a Deus por todo amor, direção e luz, por nunca me deixar esquecer dos Seus planos para minha vida, mesmo em meio aos desertos. Porque Dele, por meio Dele e para Ele, são todas as coisas.
À minha família, por ser porto seguro, por estar presente em todos os momentos, dividindo e compartilhando a vida. Tudo será sempre por vocês. Em especial a minha avó Bernadina “In Memorian”, por todo amor que dedicou a mim, que eu saiba ser semente de todo esse amor e de todos seus ensinamentos. Ao meu avô Geraldo, pelo carinho, cuidado e pelo exemplo excepcional de ser humano.
A minha mãe Maria Célia, por acreditar em mim, quando eu mesma duvidava, e embarcar nos meus sonhos junto comigo. Me orgulho muito de ser sua filha, meu amor e minha vida estarão sempre com você.
À minha irmã Sarah, pela parceria, pelo carinho, e por dividir a sua vida comigo. A todas as minhas Marias, minhas tias, em especial minha Madrinha Lizanja por todos os ensinamentos e pelo cuidado. Vocês são um grande exemplo de vida para mim.
Aos meus primos Filipe, Nathaly, Denner e Ana Clara; aos amigos de longa data Lyvia, Jéssica, Isabela, Lara, Herbert, Luciano, Núbia, Glauber, Jhenifer e Carla. Aos amigos do Karate-do Unifei e do Crea-Minas jr. Obrigada por dividirem os momentos bons e ruins, pelos conselhos, por todas as alegrias compartilhadas e por todas as que ainda serão vividas.
À Todos os professores que se dedicaram a me ensinar em todos estes anos. Em especial a minha orientadora Michelle, pela sua paciência, carinho e por todos os conhecimentos compartilhados e por ser essa excelente profissional, à qual me espelho.
E a todas as pessoas que de algum modo, nos momentos serenos ou conturbados, fizeram parte da minha vida, agradeço a todos de coração.
Dedico este trabalho às mulheres da minha vida, minha avó Bernadina “In Memorian” e à minha Mãe Maria Célia, por acreditarem incondicionalmente em mim e nos meus sonhos.
“... Um dia me disseram que as nuvens não eram de algodão;
Um dia me disseram que os ventos as vezes erram a direção; E tudo ficou tão claro, um intervalo na escuridão, uma estrela de brilho raro, um disparo para o coração.
(...) Somos quem podemos ser; Sonhos que podemos ter...”
Programa de Graduação em Ciências Atmosféricas
Universidade Federal de Itajubá, MG, Brasil
CLIMATOLOGIA DE FRENTES FRIAS NO LESTE DA AMÉRICA DO
SUL: INTERCMPARAÇÃO DE DADOS.
AUTOR(A): MARINA DE ALMEIDA BARBOSA ORIENTADOR: MICHELLE SIMÕES REBOITA Local e Data da Defesa: Itajubá, 21 de novembro de 2016.
Quando duas massas de ar com propriedades termodinâmicas distintas se encontram, a zona de interação entre elas forma uma frente fria. Uma frente fria muda o tempo da região onde atua, e a precipitação associada a esse sistema pode causar diversos impactos (positivos ou negativos) em vários setores da sociedade. Como a costa leste da América do Sul (AS) é uma região que possui fortes condições frontogenéticas em todas as estações do ano e uma vez que não há na literatura muitos estudos climáticos sobre frentes frias (FFs) na AS, o objetivo desse trabalho é elaborar uma climatologia das FFs através da análise visual de cartas sinóticas da Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN) da Marinha do Brasil e do Centro de Previsão de Tempo e Clima (CPTEC) para 11 cidades da costa leste da AS, no período de 2005 a 2013. Além disso, para a cidade de Rio Gallegos, foram utilizados dados da análise do Global Forecast System (GFS) para verificar o comportamento das variáveis atmosféricas na ocorrência das FFs. Os resultados mostraram que o número médio anual de frentes frias diminui à medida que se desloca das maiores para as menores latitudes. Praticamente não há variabilidade sazonal no número de frentes frias na porção mais ao sul da América do Sul. Há menor ocorrência de FFs nas cartas do CPTEC comparadas as da DHN, o que pode estar associado à subjetividade na identificação das FFs nas cartas sinóticas.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Esquema ilustrativo da ocorrência de uma frente fria ...4
FIGURA 2 - Esquema ilustrativo da ocorrência de uma frente quente...5
FIGURA 3 - Esquema ilustrativo da ocorrência de uma frente oclusa...6
FIGURA 4 - Mapa da América do Sul destacando as áreas selecionadas para estudo por Andrade (2007)...8
FIGURA 5 - Número médio anual de passagens de frentes frias durante o período de 1979 a 2005...9
FIGURA 6 - Localização das cidades do setor leste da América do Sul...14
FIGURA 7 - Identificação dos Sistemas em uma carta sinótica...16
FIGURA 8 – Média Anual da passagem de Frentes nas cidades do estudo...18
FIGURA 9 - Média sazonal da passagem de frentes frias para Rio Gallegos, Comodoro Rivadavia e Viedma...21
FIGURA 10 - Média sazonal da passagem de frentes frias para Mar del Plata, Punta del Leste e Buenos Aires...21
FIGURA 11 - Média sazonal da passagem de frentes frias para Rio Grande, Porto Alegre e Florianópolis...22
FIGURA 12 – Média sazonal da passagem de frentes frias para São Paulo e Maria da Fé...22
FIGURA 13 - Variáveis do GFS e passagem de frentes, de 1 a 15 de janeiro de 2010...24
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Pontos de grade da localização de cada cidade do estudo...13
TABELA 2 - Passagem de frentes frias em Rio Galegos para os meses de janeiro e
julho de 2010...19 TABELA 3 – Média Sazonal de Frentes Frias ...24
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
AS – América do Sul
ASAS – Anticiclone Subtropical da América do Sul
CFSR/NCEP - Climate Forecast System Reanalysis/Nacional Center for
Enviromental Prediction
CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Clima
DHN – Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Beasil ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather Forecast FF – Frente Fria
GFS – Global Forecast System GPT – Grupo de Previsão do Tempo h – Hora
hPa – hectopascal
IAG-USP - Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais km – kilômetro
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS...i
LISTA DE TABELAS...ii
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS...iii
1. INTRODUÇÃO ... 1 2.REVISAOBIBLIOGRÁFICA ... 3 2.1 FRENTES...3 2.1.1 FRENTES FRIAS...3 2.2.2 FRENTES QUENTES...4 2.1.3 FRENTES OCLUSAS...5 2.1.4 FRENTES ESTACIONÁRIAS...6
2.2 CLIMATOLOGIA DE FRENTES NA AMÉRICA DO SUL...6
3.MATERIALEMÉTODOS...14
3.1 REGIÃO DE ESTUDO...13
3.2 DADOS...14
3.2.1 CARTAS SINÓTICAS...14
3.2.2 ANÁLISES DO MODELO GFS...17
3.3 3.3 ANÁLISES PARA OS RESULTADOS...19
3.3.1 ANÁLISE VISUAL...19
3.3.2 VARIÁVEIS ATMOSFÉRICAS EM RIO GALLEGOS...19
4. RESULTADOS...18
4.1 MÉDIA ANUAL DE FRENTES FRIAS...18
4.2 MÉDIA SAZONAL DE FRENTES FRIAS...20
4.3 ANÁLISE COMPARATIVA PARA RIO GALLEGOS...22
5.CONCLUSÕES...26
1. INTRODUÇÃO
As Frentes Frias (FFs) são sistemas atmosféricos que em extensão são classificados como sinóticos e, em largura, como de mesoescala. As FFs modificam o tempo das regiões por onde passam através do decréscimo rápido da temperatura, diminuição da pressão atmosférica seguida de aumento, ventos que mudam de quadrante norte para quadrante sul no Hemisfério Sul e nebulosidade e em vários casos precipitação. Isso, muitas vezes, produz impactos econômicos e sociais. Bjerknes (1918) definiu frente fria como uma região onde ocorre a transição entre ar frio e ar quente.
Segundo Penna (2013) a quantificação de frentes frias sobre uma região ajuda a compreender o clima, já a previsão desses sistemas pode fornecer um alerta sobre os possíveis impactos desses fenômenos, como: perdas agrícolas, enchentes e até sobre a saúde através dos efeitos relacionados à dispersão de poluentes.
Na América do Sul (AS) pode-se citar alguns estudos sobre FFs, como de Satyamurty e Mattos (1989) e Reboita et al. (2009), que identificaram a região centro-sul do continente como altamente frontogenética (favorável à formação e intensificação de frentes). Já Oliveira (1986) mostrou que as FFs que percorrem no litoral sul-americano atingem, em geral, latitudes em torno de 20°S, onde tem início seu processo de dissipação, conhecido como frontólise. De acordo com Justi da Silva e Silva Dias (2002) e Reboita et al. (2009), o máximo da frequência frontal ocorre no sul da Argentina no verão, em torno de 45°S, e o número de frentes frias diminui à medida em que se avança em direção às latitudes mais baixas.
Embora o conceito de FF já exista há décadas, ainda há poucos estudos sobre esses sistemas na AS. Além disso, alguns desses estudos utilizam métodos objetivos para a identificação das FFs baseados em dados diários. Como mostra Cardozo et al. (2015), no sul da AS é possível a atuação de mais de uma FF por dia, de forma que a aplicação dos métodos objetivos causariam subestimativas na climatologia dos sistemas.
Como as frentes podem causar precipitação intensa em uma região, podem impactar em diversos setores. No setor energético, pela contribuição no nível dos reservatórios e danos nos sistemas de transmissão e distribuição de energia. No setor agrário, pela destruição de lavouras e consequente perda econômica. Porém, as FFs também podem contribuir para o abastecimento de regiões com baixos totais pluviométricos, além de contribuir para a deposição úmida de material particulado, que influi diretamente na saúde pública quando em suspensão na atmosfera.
Uma vez que não há na literatura muitos estudos climáticos sobre FFs na AS, o objetivo desse trabalho é elaborar uma climatologia das FFs através da análise visual de cartas sinóticas da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil (DHN) e do Centro de Previsão de Tempo e Clima (CPTEC) para 11 cidades da costa leste da AS, no período de 2005 a 2013. Além disso, para a cidade de Rio Gallegos (cidade mais austral do estudo), serão utilizados dados da análise do
Global Forecast System (GFS) para a verificação do comportamento das variáveis
atmosféricas quando da passagem de FFs na tentativa de elaborar critérios objetivos para a identificação das FFs, já que os critérios utilizados em menores latitudes na AS não são apropriados para as maiores latitudes.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Frentes
Zona frontal é a região de transição vertical entre massas de ar com diferentes características termodinâmicas; e frente é a intersecção entre a superfície da zona frontal e a superfície da Terra (REBOITA et al, 2016). De acordo com seu movimento e temperatura, as frentes podem ser classificadas como frias, quentes, oclusas e estacionárias.
2.1.1. Frentes Frias
Em uma frente fria o ar frio avança em direção ao mais quente. Nesse caso ocorre um levantamento do ar quente e úmido a partir da massa de ar frio e seca que é mais densa e adentra sob a massa quente (Figura 1). Havendo umidade suficiente adiante dessa massa de ar quente que ascende, pode ocorrer precipitação.
Antes da passagem da FF o ar começa a convergir em direção à linha da frente, com o acúmulo de ar quente na região de transição. Assim há um aumento da temperatura, queda da pressão em superfície e intensificação dos ventos que são predominantemente de norte e chuvas fracas. Durante a passagem da FF ocorre movimento convergente em superfície, os movimentos ascendentes de ar na atmosfera se intensificam, com isso a umidade presente se eleva e, como em altos níveis a temperatura é menor, essa massa de ar condensa gerando nuvens e, consequentemente, precipitação.
Quando as frentes frias avançam lentamente, mas de forma constante (30 km h-1) (STAROSTIN e FEDOROVA, 1996) as condições de tempo associadas
dependem da estabilidade do ar quente. A precipitação é breve e ocorre em uma banda estreita à frente da frente fria. Se o ar quente é estável, então podem se formar nuvens nimbostratus e altostratus. Já se o ar quente for instável a elevação será mais vigorosa, dando origem a nuvens cumulonimbus (nuvens de tempestades acompanhadas por ventos fortes, granizo ou outas condições de tempo severo).
Ventos de grande altitude também podem soprar a jusante das cumulonimbus dando origem a nuvens cirrus (MORAN E MORGAN, 1997).
Se o ar frio avança ao longo da frente rapidamente (45 km h-1) (STAROSTIN e
FEDOROVA,1996), pode-se desenvolver uma linha de instabilidade (banda de tempestades intensas), adiante da frente ou até 300 km a frente da frente fria (MORAN e MORGAN, 1997).
Após a passagem da frente, como há subsidência de ar para a superfície, a pressão na mesma aumenta. Por se tratar de um movimento convergente em altos níveis a nebulosidade diminui, e a conexão da massa de ar polar com a falta de nebulosidade faz com que as temperaturas continuem diminuindo.
Figura 1-Esquema ilustrativo da ocorrência de uma frente fria. O ar do lado frio na zona frontal (esquerda) avança para a região ocupada pelo ar quente (direita). Adaptado de U.S. Department of Transportation (2008) por da Silva (2011).
2.1.2 Frente Quente
A frente quente ocorre quando uma massa de ar frio recua, permitindo o avanço do ar quente (Figura 2). À medida que o ar frio retrocede, o atrito com o terreno atrasa o deslocamento da porção da frente quente em superfície comparada com a sua posição em níveis mais elevados da atmosfera. Por isso, o declive da frente quente é menor próximo à superfície, pois o atrito retarda o movimento dessa
frente. As nuvens que e associadas com esta frente são: cirrus, cirrostratus, altostratus, nimbostratus e stratus (AHRENS, 1991).
Antes da passagem da frente quente, a temperatura do ar aumenta, há um decréscimo nos valores de pressão em superfície, os ventos são de norte e há precipitação. Durante a passagem, a temperatura do ar cresce subitamente, os ventos se comportam como rajadas e ocorre precipitação. Após, a temperatura continua a subir, ocorre um pequeno aumento da pressão seguido por um decréscimo, os ventos continuam de norte, a chuva cessa e há condições de céu claro (FEDOROVA, 1999).
Figura 2- Esquema ilustrativo da ocorrência de uma frente quente. Adaptado de
U.S. Department of Transportation (2008) por da Silva (2011).
2.1.3 Frente Oclusa
A frente oclusa ocorre quando uma frente ultrapassa outra (Figura 3). Esta sobreposição é devido à diferença de densidade entre as massas, sendo a de ar frio, procedente dos polos, mais densa que a massa de ar quente, oriunda dos trópicos. Há dois tipos de oclusão, a oclusão fria e quente. Quando o ar pós-frontal da frente fria é mais frio que o pré-frontal da frente quente a oclusão é do tipo fria. Já quando o ar pós-frontal da frente fria é menos frio que o pré-frontal da frente quente, o tipo de oclusão é quente (VAREJÃO-SILVA, 2005).
Figura 3- Formação de oclusão do tipo fria. Adaptado de U.S. Department of
Transportation (2008) por da Silva (2011).
2.1.4 Frente Estacionária
Um frente estacionária se caracteriza quando não há avanço das massas de ar. Os ventos sopram paralelamente e em direções opostas em cada lado da frente Ahrens (1991). Essa frente nem sempre está associada a uma ampla região de nuvens e precipitação. O tempo associado a ela depende da oferta de umidade e das especificidades da frente. Nos casos em que produz precipitação, a chuva cai do lado frio da frente estacionária. Ao longo da superfície frontal o ar quente e úmido, menos denso, flui para cima. Esse ar se esfria por expansão adiabática o que desencadeia a condensação e, talvez, a precipitação (MORAN E MORGAN, 1997).
2.2 Climatologia das Frentes Frias na América do Sul
Kousky (1979) analisou a ocorrência de frentes frias que atingiram o Nordeste do Brasil num período de 10 anos (1961 a 1970). E o autor identificou que a maior frequência de passagem desses sistemas acontece durante as estações de inverno e primavera. Kousky também associou os anos em que há maior frequência de frentes frias com o aumento da precipitação na região.
Satyamurty e Mattos (1989) fizeram uma climatologia de frontogêneses no Hemisfério Sul de acordo com a deformação horizontal e divergência do vento. Obtiveram a área frontogenética mais intensa está no sul da Argentina na estação de verão, essa área se desloca para o norte no inverno ocupando o Noroeste da Argentina e vizinhança. Resultados similares foram encontrados por Reboita et al. (2010).
Justi da Silva e Silva Dias (2002) determinaram uma climatologia de frentes frias na AS com base em pontos de grade, delimitados pelas latitudes entre 10o e
60ºS e pelas longitudes entre 30o e 90ºW, com dados de reanálise do NCEP no
período de 1981 a 1999. O critério utilizado foi uma reversão no sinal da componente meridional do vento (ventos de norte (-) para ventos de sul (+)). O resultado mostrou maior frequência de sistemas frontais no litoral que no continente em torno da latitude de 35ºS. Foi mostrado também que a região entre 15º e 40ºS sobre o continente é altamente frontogenética.
Rodrigues et al. (2004) elaboraram uma climatologia da frequência de frentes frias para o litoral de Santa Catarina. Em 10 anos, os autores identificaram 429 sistemas com uma média mensal de 3 a 4 casos em todos os meses do ano. Notaram também uma frequência ligeiramente maior de sistemas na primavera, com um número médio de 12,6 frentes frias, já nas outras estações a média é de 10 frentes frias. Os autores também concluíram que os meses de primavera, além de uma maior frequência de frentes, também apresentam uma menor variabilidade no número de frentes que, quando comparado com os outros meses do ano.
Andrade (2007) mostrou que há uma diminuição da ocorrência de sistemas frontais da Argentina em direção a latitudes mais baixas. O critério utilizado foi a queda de temperatura em 925 hPa, o aumento da pressão ao nível médio do mar e a mudança da componente meridional do vento em 925 hPa de um dia para o outro. Nesse estudo foram definidas 11 áreas para a identificação das frentes (Figura 4), desde o leste da Argentina até o sul da Bahia, no período de 1980 a 2002. A autora observou que o número de frentes frias diminui da área 1 em relação a área 11. No inverno, há mais frentes passando pelas áreas 1, 2, 9 e 10, conseguindo atingir latitudes mais baixas que em outras estações do ano. Nas regiões Sul e Sudeste do Brasil, a primavera é a estação de maior ocorrência de frentes frias. A autora
também notou que no verão os sistemas não conseguem penetrar no interior, áreas 5, 7, 8, 10 e 11, com tanta frequência, sendo esta estação a que apresenta menor número de sistemas frontais em todas as áreas, exceto na área 1.
Figura 4 - Mapa da América do Sul destacando as áreas selecionadas no estudo de Andrade (2007).
Em seu estudo sobre frentes frias, Cavalcanti e Kousky (2009) se basearam na existência de ventos de sul com pelo menos 2 m/s, queda na temperatura de no mínimo 2ºC e aumento da pressão ao nível médio do mar de pelo menos 2 hPa, no período de 1979 a 2005. Os autores obtiveram um número médio anual de 45 passagens de frentes frias na costa leste do extremo sul da América do Sul e 30 passagens de frentes na costa leste da região sudeste do Brasil. (figura 5). Além do que as maiores ocorrências de frentes durante todo ano estão entre as latitudes entre 25ºS e 30ºS, e à medida que as latitudes diminuem, a frequência desses sistemas também diminui.
Figura 5- Número médio anual de passagens de frentes frias durante o período de 1979 a 2005. Fonte: Cavalcanti e Kousky (2009).
Dametto e Rocha (2006) estabeleceram uma climatologia da passagem de sistemas frontais para São Paulo no período de 1981 a 2002, e aplicaram critérios objetivos às observações da estação meteorológica do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP). Para a identificação das frentes utilizaram o giro do vento meridional de quadrante norte para o sul, com a permanência nesse quadrante por pelo menos um dia e a queda da temperatura entre o dia e mais dois dias após o giro do vento. Com isso obtiveram que 59% da precipitação observada no inverno esteve associada à passagem de sistemas frontais e 41% no verão. E que a estação com maior ocorrência de frentes frias foi o inverno e que a média anual de passagens de FFS em São Paulo é de 35.
Simmonds et al. (2012) estudaram a climatologia de frentes frias para o Hemisfério Sul no período de 1 de janeiro de 1989 a 28 de fevereiro de 2009. Observaram que nos meses de verão (dezembro – fevereiro) as maiores frequências de frentes estão entre as latitudes de 40ºS e 60ºS. No inverno (junho – agosto) esse cinturão de maiores frequências de sistemas frontais, sofre um deslocamento meridional para norte. Para investigar a precipitação associada às frentes e o quanto esta varia regionalmente, Catto et al. (2012) fizeram a distribuição global da proporção média anual de precipitação associadas com frentes, para o período de
1997-2008. Concluíram que as regiões onde há maior precipitação por frente estão nas latitudes médias, no Hemisfério Sul ao longo das bacias do Atlântico Sul e Oceano Índico.
Penna (2012) quantificou o número de ocorrências de FFs, na Região Sul de Minas Gerais utilizando cartas sinóticas de superfície do Departamento de Hidrografia da Marinha (DHN) e do CPTEC/INPE, bem como dados diários de pressão atmosférica ao nível médio do mar, vento meridional a 10 m de altura e temperatura do ar a 2 m de altura, obtidos da reanálise ERA-Interim do European
Centre for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF), no período de 2007 a 2012,
que foram utilizados num código automático de identificação de FFs. O estudo revelou uma oposição entre a estação de verão e inverno. No inverno há maior ocorrência de frentes frias, mas não é a estação mais chuvosa, pois nessa época do ano a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) atua no continente inibindo a convecção.
da Silva, Reboita e da Rocha (2014) estudaram a frequência de frentes frias na região Sul de Minas Gerais no período de 2004 a 2010. Como metodologia para a detecção das frentes utilizaram o decréscimo da temperatura no dia da passagem da frente ou um dia após, aumento da pressão ao nível médio do mar e mudança de quadrante do vento meridional (de norte para sul) com relação ao dia anterior da passagem da frente. Com isso encontraram que a primavera e inverno são as estações com maior ocorrência desses sistemas, e que na região de estudo há, em média, 27 sistemas atuantes. Na média sazonal a maior ocorrência de frentes frias acontece na primavera e inverno com 8,1 e 7,1 sistemas, respectivamente.
Da Silva e Reboita (2014) estudaram a passagem de FFs no sul de Minas Gerais e observaram a maior frequência de sistemas entre inverno e primavera. Além disso, os autores relacionaram a ocorrência de água congelada em superfície com frentes frias. Essa relação foi de 50% no outono, 24% no inverno e 0% na primavera. Em meses de verão não foram constatados casos com água congelada em superfície.
Cardozo et al. (2015) elaboraram uma climatologia de frentes frias para a AS e estudaram a relação destas com o Modo Anular Sul. Para isso, as FFs foram identificadas visualmente nas cartas sinóticas do CPTEC/INPE e um método objetivo usando duas diferentes reanálises. Obtiveram que o número médio anual de frentes frias diminui das maiores para as menores latitudes, e que as cidades argentinas praticamente não apresentam variabilidade sazonal da passagem de frentes frias. Também foi obtido que há uma preferência na ocorrência de frentes frias na fase positiva do modo anular sul na estação de verão e na fase negativa nas estações de inverno e primavera.
Jesus et al. (2016) investigaram a frequência de FFs no período de 1991 a 2008, a partir do uso dos modelos climáticos REMO e RegCM na região sul do Brasil e a contribuição desses sistemas com o regime de precipitação sazonal na região da bacia do Prata. Foram utilizados dados da reanálise ERA-Interim, que foram posteriormente comparadas com os de uma estação meteorológica em Rio Grande (RS). A identificação das FFs considerou como critérios o giro da componente meridional do vento de norte para sul, o decréscimo da temperatura de 1 dia antes a 1 dia depois da passagem da frente. Foram encontradas, respectivamente as médias de 55,3, 53,1 e 51,8 de FFs por ano para os dados observados na estação de Rio Grande, no modelo REMO e no modelo RegCM4. Esses valores mostram a pequena variabilidade na simulação da frequência anual de frentes frias (5%).
Seluchi et al (2016) estudaram a caracterização das frentes quentes responsáveis pelos maiores volumes pluviométricos diários, utilizando critérios objetivos aplicados às reanálises do CFSR para o período 1998-2010. Os dados de precipitação utilizados foram obtidos de pluviômetros locais e estimativas de sensores remotos. Obteve-se que as frentes causadoras dos maiores acumulados diários ocorrem durante o semestre quente do ano. Nesse período elas se diferenciam dos sistemas que causam chuvas inferiores a 5,0 mm/dia já com dois dias de antecedência, quando a frente fria se encontra sobre o Uruguai. Inicialmente, a presença de uma onda relativamente barotrópica sobre o Oceano Atlântico prolonga a advecção de ar quente e úmido desde o noroeste sobre o centro-sul do país. O posterior acoplamento dessa perturbação com uma onda mais curta e baroclínica determina o avanço mais rápido da frente fria, assim como sua
intensificação em termos de contraste de temperatura, advecção de vorticidade e divergência em altura. Esses fatores, somados à maior umidade e temperatura da massa de ar precedente, explicam a ocorrência de chuvas mais volumosas.
Pampuch e Ambrizzi (2016) fizeram um monitoramento mensal de sistemas frontais na América do Sul baseado em dados da reanálise I do NCEP/NCAR desde janeiro de 2014. Para o rastreamento dos sistemas frontais verificaram a ocorrência de queda na temperatura em 925hPa, simultânea a um giro no vento meridional em 925hPa e aumento na pressão ao nível médio do mar de um dia para o outro. Este monitoramento é feito com mapas de números de anomalias de sistemas frontais e ocorrência de sistemas frontais em pontos de grade sobre o litoral, interior e centro do continente. Os mapas de número dos sistemas frontais atuantes na área entre 12.5ºS-60ºS e 90ºW-2.5ºW, anomalia no número de sistemas frontais na área entre 12.5ºS-60ºS e 90ºW-2.5ºW, data da ocorrência dos sistemas frontais atuantes no mês analisado em 7 pontos do litoral do continente, data da ocorrência dos sistemas frontais atuantes no mês analisado em 7 pontos do interior do continente e data da ocorrência dos sistemas frontais atuantes no mês analisado em 7 pontos do centro do continente são disponibilizados no site (http://www.grec.iag.usp.br). Foi encontrado que em dezembro de 2014 a região localizada entre 30ºS e 45ºS, próximo ao centro-leste da Argentina, foi a que apresentou maior número de sistemas frontais no continente, entre outros resultados.
Ribeiro (2014) e Ribeiro et al. (2015) utilizaram dados da reanálise do
Climate Forecast System Reanalysis / National Center for Environmental Prediction
(CFSR/NCEP) para identificar os eventos de frentes quentes no período de 1979 a 2010, no sudeste da América do Sul entre 20°S e 35°S, através de um método objetivo baseado nos campos do vento e na magnitude do gradiente meridional de temperatura potencial equivalente em 850 hPa. Dois casos de frentes foram simulados com o modelo regional Eta/CPTEC para analisar as características de mesoescala. A maior parte das frentes quentes estava relacionada a ciclones extratropicais na bacia do Prata e ao retrocesso de frentes estacionárias. As frentes quentes se formam em média na região nordeste da Argentina, Sudeste do Paraguai e na região sul do Brasil. A localização e intensidade desses sistemas está
relacionada as diferenças nas variáveis atmosféricas no verão/inverno. A maioria dos casos ocorreram no inverno (36%), sendo o verão a estação com menor número de frentes quentes (12,8%). As análises também mostraram que o dia posterior à formação da frente quente é o mais chuvoso na região, e que no inverno a identificação do sistema é mais clara, pois apresenta menores variações locais dos gradientes de temperatura potencial equivalente. Além disso, observou-se que no verão ocorreu a formação de sistemas convectivos nas proximidades da frente quente, principalmente na retaguarda desta, enquanto que no inverno a frente causou pouca nebulosidade.
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Região de Estudo
O estudo foi realizado para o setor leste da AS, do extremo sul da AS até as latitudes da região sudeste do Brasil. As coordenadas geográficas das localidades analisadas são mostradas na Tabela 1 e na Figura 6.
Tabela 1- Localização de cada cidade do estudo.
Cidade
Latitude
Longitude
Rio Gallegos
51,37°S
69,17° W
Comodoro
Rivadavia
45,47° S
67,30 ° W
Viedma
40,51° S
63,01° W
Mar del Plata
37,56°S
57,35° W
Buenos Aires
34,35° S
58,29° W
Punta del Leste
34,58° S
54,57° W
Rio Grande
32,01° S
52,05° W
Porto Alegre
30,01° S
51,13° W
Florianópolis
27,35° S
48,34° W
São Paulo
23,37° S
46,37° W
Maria da Fé
22,3° S
45,38° W
Figura 6- Localização das cidades do setor leste da América do Sul. Fonte: Google Earth (2016).
Da mesma forma que nos estudos de Penna (2013) e Cardozo et al. (2014), o setor leste da AS foi escolhido pois essa é uma região do Hemisfério Sul que possui fortes condições frontogenéticas em todas as estações do ano, segundo Satyamurty e Mattos (1989) e Reboita et al. (2012). Além disso, grande parte da população sul-americana vive em regiões costeiras sendo frequentemente afetada pela passagem desses sistemas.
3.2 Dados
3.2.1 Cartas Sinóticas
No Brasil, a DHN da Marinha do Brasil, desde a década de 1950, elabora cartas sinóticas para a localização das frentes, ciclones e anticiclones no oceano Atlântico e arredores da AS. Atualmente são confeccionadas duas cartas por dia (00
e 12 Z). A confecção das cartas é totalmente manual, isto é, o meteorologista após imprimir um mapa com os valores do SYNOP, METAR e SHIP (mensagens padronizadas que contém informações sobre a atmosfera), traça as isóbaras. Como no oceano as observações são escassas, também se utiliza como guia a previsão do modelo GFS da NOAA. Feito isso, o meteorologista passa a identificar as frentes, ciclones e anticiclones. Essa etapa também se apoia na análise visual de outras variáveis atmosféricas, imagens de satélite e nefoanálises (produzidas na Argentina). A etapa final é caracterizada pela reprodução das informações numa folha de papel A4, digitalização e disponibilização no sítio da DHN (http://www.mar.mil.br/dhn/chm/meteo/prev/cartas/cartas.htm).
Além da DHN, o Grupo de Previsão de Tempo (GPT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) também elabora cartas sinóticas. O GPT desde 2006 elabora essas cartas e a partir de 2010 as produz para os quatro horários sinóticos (00, 06, 12 e 18 Z). O procedimento usado pelo GPT é ligeiramente diferente da DHN. Enquanto a DHN traça às isóbaras manualmente, o GPT utiliza as isóbaras provenientes da interpolação automática da pressão ao nível médio do mar proveniente da análise do modelo GFS da NOAA e do SYNOP e METAR. Após, o meteorologista identifica os sistemas sinóticos com base em tais informações e em outras variáveis meteorológicas e imagens de satélite visualizadas em monitores. Por fim, a carta é transformada em digital com o auxílio do software meteorológico GEMPACK. As cartas sinóticas são disponibilizas livremente no portal do INPE (http://img0.cptec.inpe.br/~rgptimg/Produtos-Pagina/CartaSinotica/Analise
/Superficie) desde 2007.
Nas cartas sinóticas são apresentados símbolos que indicam frentes frias/quentes, sistemas de baixa e de alta pressão, instabilidades e zonas de convergência. Há uma padronização para a identificação desses sistemas, como mostra a Figura 7.
Figura 7- Identificação dos Sistemas em uma carta sinótica. Fonte: CPTEC/DHN (2012).
As cartas sinóticas do DHN foram analisadas visualmente no período de 2005 a 2013 e a data e horário da passagem de frente em um determinado ponto foi registrada em uma tabela, a fim de verificar o intervalo de tempo da passagem das frentes nesse ponto. Os dados também foram analisados a fim de determinar as médias de passagem de frentes por estação do ano; bem como os totais anuais. Nas tabelas obtidas foram colocadas 4 opções para horários de passagem de frentes, uma vez que a DHN libera 2 cartas sinóticas por dia e o CPTEC 4 cartas.
Para as cartas do CPTEC foram utilizadas as análises feitas por Cardozo (2014) em seu estudo sobre a relação das passagens de FFs e o Modo Anular Sul 2007 a 2012. A análise dessa autora foi complementada com os anos 2005, 2006 e 2013.
Ressalta-se que o presente estudo não faz distinção entre FF clássica e subtropical, assim como fez Souza (2016). Todos os ramos frios que passaram pelas cidades em estudo foram computados. Esse estudo também inclui incertezas associadas (1) com a análise realizada pelos diferentes meteorologistas e (2) com as possíveis mudanças nas metodologias para confecção das cartas ao longo dos anos, pois as técnicas podem ser aprimoradas melhorando a identificação do número de sistemas. Mesmo assim, esse estudo torna-se importante para o conhecimento das características médias das FFs na AS.
3.2.2 Análises do GFS
Foram utilizados dados de temperatura do ar a 2 m de altura, pressão ao nível médio do mar (PNMM) e componente meridional do vento a 10 m de altura obtidos da análise do modelo GFS para os meses de janeiro e julho, meses que representam, respectivamente as estações de verão e inverno do ano de 2010, representantes da cidade de Rio Gallegos. Foram utilizados os dados com resolução espacial de 0,5° x 0,5° de latitude por longitude e resolução temporal de 06 horas (00, 06, 12 e 18 Z). Os dados estão disponíveis no sítio da NOOA (https://www.ncdc.noaa.gov/data-access/model-datasets/global-forcast-system-gfs)
3.3 Análises para os resultados
3.3.1 Análise visual
Uma vez obtidas as cartas da DHN e do CPTEC, foi realizada uma análise visual das FFs que passaram por cada uma das 11 localidades em estudo, quando uma frente fria era detectada numa das cidades analisadas, isso era registrado em uma tabela, posteriormente, foram realizadas análises das médias nos dados das tabelas.
3.3.2 Variáveis Atmosféricas em Rio Gallegos
Como sugerido por Barbosa e Reboita (2015) em seu estudo sobre a climatologia de frentes frias no extremo sul da América do Sul, às vezes podem
passar mais de uma frente fria por dia nessa região. Logo métodos numéricos baseados em dados diários irão subestimar a ocorrência desses sistemas. A tabela 2 mostra a passagem de Frentes em Rio Gallegos, para as cartas do CPTEC e da DHN. Na tabela as marcações em vermelho mostram casos onde as cartas do CPTEC e da DHN acusavam frentes.
A fim de tentar obter-se um critério objetivo com dados horários, escolheram-se dois meescolheram-ses, janeiro e julho de 2010 para repreescolheram-sentar as variáveis atmosféricas de temperatura, pressão média ao nível do mar e componente meridional do vento a 2m de altura e componente meridional do vento). Essas variáveis foram plotadas e sobre as mesmas foram identificadas as ocorrências das frentes frias identificadas nas cartas do DHN e CPTEC, a fim de conseguir a obtenção de algum padrão em tais variáveis.
Tabela 2 – Passagem de frentes frias em Rio Galegos para os meses de janeiro e julho de 2010. Dia,Hora Janeiro Julho DHN CPTEC DHN CPTEC 1 FF 1,6 1,12 1,18 2 FF FF 2,6 2,12 FF 2,18 3 FF 3,6 3,12 3,18 4 FF 4,6 4,12 4,18 5 5,6 5,12 FF 5,18 6 6,6 FF 6,12 FF
6,18 7 7,6 7,12 FF FF FF 7,18 8 FF 8,6 8,12 8,18 9 9,6 9,12 9,18 10 10,6 10,12 FF 10,18 11 11,6 FF 11,12 11,18 12 FF 12,6 12,12 12,18 13 FF 13,6 13,12 13,18 14 FF 14,6 14,12 14,18 15 FF 15,6 15,12 15,18 16 16,6 16,12 FF 16,18 17 FF 17,6 17,12 FF 17,18 18 18,6 18,12 18,18 19 FF 19,6 FF
19,12 FF 19,18 20 FF FF 20,6 20,12 20,18 21 FF 21,6 21,12 FF 21,18 22 FF FF FF 22,6 22,12 FF 22,18 23 FF 23,6 23,12 23,18 24 24,6 24,12 24,18 25 FF FF FF 25,6 25,12 25,18 26 26,6 26,12 FF FF 26,18 27 FF 27,6 FF 27,12 27,18 28 28,6 28,12 28,18 29 FF 29,6 29,12 29,18 30 30,6 30,12 10,18 31 FF FF 31,6 31,12 31,18
4 . Resultados
4.1 Média anual de Frentes Frias
A partir da identificação das frentes frias nas cartas sinóticas do DHN e do CPTEC, e da disposição desses dados nas tabelas pode-se obter a média anual da passagem de frentes frias nas regiões estudadas (Figura 8).
Figura 8 – Média anual da passagem de frentes frias na região de estudo.
Nota-se que o número médio anual de FFs decresce com a redução da latitude, esse resultado também foi encontrado por Andrade (2007), Cavalcanti e Kousky (2009) e Barbosa e Reboita (2015). Além disso, em maiores latitudes existem condições altamente frontogenéticas, mantendo ali um grande número de frentes durante todo o ano (SATYAMURTY e MATTOS, 1989).
Também é possível verificar que as cartas sinóticas da DHN sempre mostram mais frentes do que as cartas sinóticas do CPTEC, principalmente nas cidades de
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Média Anual da Passagem de Frentes Frias
DHN CPTEC
estudo mais extremas como Rio Gallegos, no extremo sul da AS e Maria da Fé, na região sudeste do Brasil. Essa diferença pode estar associada com as análises sinóticas, uma vez que a DHN se baseia nos valores do SYNOP, METAR e SHIP para traçar as isóbaras, e o CPTEC utiliza as isóbaras provenientes da interpolação automática da pressão ao nível médio do mar do modelo GFS. Somado a este fato, tem-se a natureza subjetiva da analise sinótica, que até os dias de hoje é feita manualmente pelos meteorologistas. Por isso, o estabelecimento dos critérios de detecção de frentes baseado nas variáveis meteorológicas se torna importante, a fim de se detectar as frentes de forma objetiva.
4.2 Média Sazonal de Frentes Frias
Para Rio Gallegos praticamente não há variação sazonal no número de frentes como pode ser visto na tabela 2 , As estações com os menores números de frentes são de verão para as cartas da DHN e de primavera para as cartas do CPTEC (figura 9).
Em Comodoro Rivadavia e Vindma,(figuras 10 e 11) as cartas da DHN e do CPTEC mostram maior ocorrência de frentes no outono. A menor ocorrência é encontrada no inverno para Comodoro Rivadavia em ambas as cartas, para Vindma as menores ocorrências são nas estações de primavera para as cartas do DHN e no verão para as cartas do CPTEC.
Na cidade de Punta del Leste (Figura 12) as maiores ocorrências de FFs são encontradas no inverno, para ambas as cartas, e as menores ocorrências são encontradas no outono para as cartas da DHN e no verão para as cartas do CPTEC.
Tabela 3 – Média Sazonal de Frentes Frias
Cidade Outono Inverno Primavera Verão Total
DHN CPTEC DHN CPTEC DHN CPTEC DHN CPTEC DHN CPTEC Rio Gallegos 39,6 25,7 41 25,2 38,6 23,3 37,3 24,5 156,5 99 Comodoro Rivadavia 25,6 21,2 20,6 15,2 24,3 19,1 24,7 18,3 95,2 73,8 Vindma 25,4 23,5 22,5 21 22,5 20,5 23,7 18 94,1 83 Punta del Leste 13,2 12,5 16,4 13 14,4 10,2 13,8 9,5 57,8 45,2 Mar del Plata 17,2 15 17,21 16,3 15,2 14 16,5 14,7 66,1 60 Buenos Aires 14,1 14 16,6 11,3 15,2 11,8 13,8 13,8 59,7 50,9 Rio Grande 14,7 11 15,7 11 15,1 13,9 12,1 9 57,6 44,9 Porto Alegre 13,5 10 14,4 14 13,7 12 11 7,8 52,6 43,8 Florianópolis 10,1 8 11 13,3 11,5 9,3 8,7 5 41,3 35,6 São Paulo 11,7 5 12,7 9,5 12,3 7 9,7 2,3 46,4 23,8 Maria da Fé 9,2 4 10,2 7 11,4 5 8,3 1,3 39,1 17,3
Em Mar del Plata (Figura 13) a estação de maior ocorrência segue sendo o inverno e a estação de menor ocorrência é o verão, para ambas as cartas.
Para as cidades de Buenos Aires e Rio Grande, (Figuras 14 e 15) as estações de maior e menor ocorrência de frentes para as cartas do DHN são inverno e verão, respectivamente. Para as cartas do CPTEC a maior ocorrência é na estação do outono e a menor ocorrência no inverno, para a cidade de Buenos Aires. Já para Rio Grande a maior ocorrência é na estação da primavera e a menor no verão.
Em Porto Alegre as cartas do DHN mostram mais frentes na primavera e as cartas do CPTEC mais frentes no inverno, os menores números de frentes são encontrados no inverno para ambas as cartas.
Para a cidade de Florianópolis os maiores valores no número de passagem de frentes são encontrados na estação de primavera para as cartas do DHN e na estação de inverno para as cartas do CPTEC. Já a estação com menor número de frentes é o verão, para ambas as cartas. Isso corrobora com o estudo para a cidade de Rio Grande de Rodrigues et al.(2004)
São Paulo apresenta mais frentes no inverno e menos frentes no verão, para ambas as cartas. Isso concorda com o estudo de Dametto e da Rocha (2006). Maria da Fé segue o padrão de São Paulo para as cartas do CPTEC, e apresenta maior número de frentes na primavera e menor número de frentes no inverno, para as cartas do DHN. Resultado semelhante foi encontrado por Penna (2013) e Cardozo (2014) para as cartas do CPTEC.
Figura 9 – Média sazonal da passagem de frentes frias para Rio Gallegos, Comodoro Rivadavia e Viedma.
Figura 10 – Média sazonal da passagem de frentes frias para Mar del Plata, Punta del Leste e Buenos Aires.
Figura 11 – Média sazonal da passagem de frentes frias para Rio Grande, Porto Alegre e Florianópolis.
Figura 12 – Média sazonal da passagem de frentes frias para São Paulo e Maria da Fé.
4.3 Análise das Variáveis Atmosféricas em Rio Gallegos
O horário e data de ocorrência das FFs computadas nas cartas sinóticas do CPTEC e da DHN em Rio Gallegos nos meses de janeiro e julho de 2010 são mostradas na tabela 3. Em janeiro passaram 10 frentes nas cartas do CPTEC e 12 nas da DHN e em julho nas cartas do CPTEC foram encontradas 8 frentes e 14 frentes nas cartas do DHN. Destas só 3 frentes coincidem em ambas as cartas, como nos dias 22 de janeiro, 19 e 21 de julho.
A cada 2,57 dias passavam frentes no verão e 1,78 dias no inverno para as cartas do DHN, e para as cartas do CPTEC com um intervalo de 2,3 dias no verão e 3,40 dias no inverno.
O pequeno intervalo médio horário entre as passagens de frentes encontrado na cidade de Rio Galegos, 57 horas em janeiro e 39 horas em julho, é condizente, dado que na região há uma grande passagem de frentes, inclusive, com a atuação de mais de uma frente por dia em alguns casos
A partir da análise das variáveis observamos que os dados do GFS, em muitas vezes, não mostram os critérios básicos de detecção de frentes (queda da temperatura, aumento da pressão seguido de diminuição e giro na componente meridional do vento) no mesmo horário da carta, mas esses critérios são observados algumas horas antes ou depois da marcação das frentes. (Figura 13).
A variável que mais se destaca na análise comparativa entre GFS e cartas sinóticas é a reversão da componente meridional do vento (de negativa para positiva), esse critério é o utilizado por Justi da Silva e Silva Dias (2002) para a detecção de FF em sua climatologia de frentes frias para a América do Sul.
5. CONCLUSÕES
Este estudo teve como objetivo identificar a ocorrência de FF no leste da AS, em onze cidades, no período de 2005 a 2013.
As cidades de estudo localizadas em latitudes mais ao norte, como Florianópolis e São Paulo, apresentaram um padrão com maiores números de frentes no inverno e menores números de frentes no verão. Já Maria da Fé que está comparativamente perto dessas cidades apresenta um resultado diferente nas cartas no DHN, com maior número de frentes na primavera e menor número de frentes no verão. Isto também pode estar relacionado a características locais da região. O que mostra a necessidade de uma análise mais localizada no estudo de frentes dado a variabilidade da frequência desses sistemas.
Com relação à comparação das cartas sinóticas com os dados do GFS observamos que a variável que mais se destaca na análise comparativa entre GFS e cartas sinóticas é a reversão da componente meridional do vento (de negativa para positiva), esse critério é o utilizado por Justi da Silva e Silva Dias (2002) para a detecção de FF em sua climatologia de frentes frias para a América do Sul. Além disso os dados do GFS, em muitas vezes, não mostram os critérios básicos de detecção de frentes no mesmo horário da carta, mas esses critérios são observados algumas horas antes ou depois da marcação das frentes. Contudo como essa análise foi feita somente para janeiro e julho de 2010, são necessários estudos com uma maior período de dados para um resultado mais conclusivo.
Em janeiro foi encontrada uma diferença de 2 frentes em relação as marcações nas cartas do DHN e CPTEC, já em julho esse valor é bem mais significante, 6 frentes. Essa diferença mostra uma subestimativa das frentes pelas cartas do CPTEC, o que pode ser explicado pelo método pelo qual se traçam as isóbaras nessas duas fontes, enquanto no DHN as isóbaras são traçadas à partir
dos dados Synop, as isóbaras do CPTEC são traçadas usando principalmente os dados do GFS.
O pequeno intervalo médio horário entre as passagens de frentes encontrado na cidade de Rio Galegos, 57 horas em janeiro e 39 horas em julho, é condizente, dado que na região há uma grande passagem de frentes, inclusive, com a atuação de mais de uma frente por dia em alguns casos
Além disso, notamos que na porção mais ao sul da América do sul, não há muita variação sazonal no número de FFs, a região é afetada por sistemas frontais continuamente durante o ano, o que corrobora com o resultado encontrado por Cardozo et al (2015)
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