ANÁLISE DE TEMPESTADES SEVERAS COM O SOFTWARE TITAN USANDO OS DADOS DO RADAR METEOROLÓGICO DE BAURU
Adelmo Antonio Correia1 e José Carlos Figueiredo
Resumo: Este trabalho visa analisar ocorrência de precipitação de granizo de nove eventos
ocorridos em alguns municípios da região central do Estado de São Paulo. Para isso foram utilizados os dados volumétricos do radar banda-S, localizado em Bauru - SP. Os eventos selecionados para análise foram baseados em relatos dos jornais, sendo que a maioria apresentaram valores de refletividade variando entre 55 e 69 dBZ. Esses eventos foram simulados usando o software TITAN (Thunderstorm, Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) disponibilizado pelo NCAR - National Center for Atmospheric Research. Numa análise subjetiva as nove simulações mostraram que sete foram bem prognosticadas pelo TITAN, em termos de identificação e posicionamento.
Abstract: The occurrences of nine events of hail precipitation in some cities of central region of
State of Sao Paulo are being analyzed in this paper, using volumetric data from the S-band radar in Bauru. The selected events had been confirmed by reports in local newspapers, and most of them showed reflectivities between 55 and 69 dBZ. These events were simulated using TITAN (Thunderstorm, Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting) provided by NCAR (National Center for Atmospheric Research). The subjective evaluation of nine simulation experiments showed, that seven hail events could have been predicted very well by TITAN in terms of identification and positioning.
Palavras-Chave: Tempestades severas, Granizo e Nowcasting
INTRODUÇÃO
Na estação chuvosa do Estado de São Paulo são normais chuvas fortes, relacionadas com refletividade acima de 40 dBZ (Falconer, 1984), às vezes com granizo ou vendavais. A previsão imediata basicamente é fundamentada no monitoramento e nas análises de produtos derivados de radares meteorológicos para um período de poucas horas. Esse tipo de previsão, utilizado em vários
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paises, tais como, África do Sul, Estados Unidos, etc. é importante para minimizar prejuízos e preservar vidas. No Brasil, o IPMet (Instituto de Pesquisas Meteorológicas) deu o primeiro passo para a implementação da previsão imediata “nowcasting” no início deste ano. Fez-se uma atualização do sistema operacional dos radares e foi implementado o software TITAN. Instalado e configurado por Murakami (2005).
No início dos anos 90, pesquisadores do National Center for Atmospheric Research (NCAR), em Boulder, Estados Unidos, refinaram e melhoraram um sistema desenvolvido para aplicação em previsão imediata do deslocamento de tempestades, baseado na metodologia de centróides (Dixon e Wiener, 1993). O principal objetivo deste estudo é verificar se o software TITAN (Thunderstorm, Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting), utilizado operacional-mente no IPMet, consegue identificar e prever o deslocamento (extrapolação) das chuvas de granizo que ocorrem na região central do Estado de São Paulo. Para esse estudo foram utilizados nove casos de chuvas fortes com granizo relatados e comprovados pela imprensa escrita da região. Neste trabalho serão apresentados os eventos ocorridos em Botucatu (31/01/2004) e Campinas (05/09/2005).
DADOS E METODOLOGIA
Os dados utilizados neste trabalho originam-se do radar banda-S localizado em Bauru,
Estado de São Paulo, com coordenadas 22◦21´S, 49◦01´W e 620 metros acima do nível médio do
mar. Utilizou-se de dados volumétricos de radar a cada 7,5 minutos com resolução espacial de 1
km2 para os dias 17/10/1999 (Tibiriçá), 04/10/2000 (Bauru), 13/09/2001 (Avanhadava), 02/08/2002
(Bauru), 31/01/2004 (Botucatu), 21/05/2004 (Garça), 22/05/2004 (Ribeirão Preto), 05/09/2005 e 23/01/2006 (Campinas).
A metodologia empregada pelo TITAN na identificação e deslocamento das tempestades é a centróide. O TITAN emprega algoritmos sofisticados para identificar e rastrear tempestades (Dixon e Wiener, 1993). Estas tempestades são definidas como uma região contígua tridimensional de tal forma que certos parâmetros, como a refletividade, o volume, a altura, entre outros, satisfaçam determinadas condições. A configuração do TITAN no IPMet utiliza o valor de 40 dBZ como
limiar de refletividade mínima, o volume mínimo de 16 km3, e a altura mínima de 2 km e máxima
de 30 km como parâmetros de identificação de uma tempestade. O movimento das tempestades identificadas é determinado pelo uso de um método de otimização para calcular a melhor associação lógica entre tempestades ocorridas em duas observações consecutivas de radar. Este método assume o menor caminho entre as tempestades, aquelas com características similares (tamanho, forma, etc) e um limite máximo de distância que uma tempestade pode se mover num determinado intervalo de tempo para se encontrar a correta associação entre as tempestades. Essa combinação determina uma
tendência no comportamento da tempestade, sobre a qual a previsão é realizada. Fusões e divisões de células de tempestades são identificadas através de lógica geométrica considerando as posições e formas das tempestades. Dye e Martner (1978) estudaram a ocorrência de granizo no nordeste do Colorado, entre 1972 e 1976 e constataram que, para refletividades > 45dBZ medida durante uma tempestade, observou-se à ocorrência de granizo em superfície, e que para refletividades > 60dBZ, não foi observada a presença de chuva na forma líquida em superfície. Na identificação da precipitação de granizo o software considera um critério proposto por Waldvogel et al. (1979) que é amplamente utilizado até hoje, com pequenas variações. Será considerada uma célula de granizo se a altura do contorno de 45 dBZ estiver acima do nível de congelamento (0◦).
ANÁLISE DOS RESULTADOS
A Figura 1 mostra um evento de chuva com granizo que ocorreu no dia 05 de setembro de 2005, no município de Campinas-SP. Os polígonos azuis representam à chuva em tempo real. Os polígonos vermelhos são extrapolações a cada 7,5 minutos, totalizando 30 minutos (T1 a T4, Tabela 1, anexo) de previsão. Na Figura 1a, às 22:37 UTC, observa-se que uma chuva com refletividade de 59 dBZ, classificada como extrema segundo Falconer (1984), deslocava-se em direção do município de Campinas, região leste do Estado de São Paulo. Os produtos gerados pelo TITAN identificavam a tempestade com alta probabilidade de granizo, neste horário, com o topo deste sistema atingindo valores de 12,9 km de altura e um deslocamento de 59 km/h (Tabela 1). Nas próximas varreduras do radar as variáveis Topo de Eco em 40 dBZ (TE), Refletividade (R) e Probabilidade de Granizo (PG) mantiveram-se praticamente constante (Tabela 1). Quando a tempestade atingiu a posição onde foi comprovada a ocorrência de granizo (Fig. 1b), na zona urbana de Campinas às 23:07 UTC, apresentava refletividade de 62 dBZ, mantinha a altura de topo de 12,6 km e probabilidade de ocorrência de granizo de 90%.
Nos eventos que ocorreram em 17/10/1999 (Tibiriçá), 13/09/2001 (Avanhadava), 21/05/2004 (Garça), 22/05/2004 (Ribeirão Preto) e 23/01/2006 (Campinas) as simulações apresentaram desempenhos satisfatórios. Estes eventos não serão apresentados neste estudo.
a) b)
Figure 1- Tempestades identificadas pelo TITAN na região de Campinas às 22:37 UTC (a) e às 23:07 UTC (b), do dia 05 de setembro de 2005. As posições das tempestades correntes são representas pelos polígonos azuis. Os 4 polígonos vermelhos são extrapolações a cada 7,5 minutos, totalizando 30 minutos de previsão.
A Fig. 2 mostra um evento de precipitação com granizo que ocorreu no dia 31 de janeiro de 2004, das 18:15 UTC às 18:44 UTC (T0-T4, Tabela 2), no município de Botucatu-SP. Observa-se que às 18h15min UTC deste dia, algumas células de chuva muito fortes (46 dBZ) estavam muito próximas da zona urbana da cidade de Botucatu-SP. A princípio, o TITAN caracterizou como tempestade, sem possibilidade de granizo neste horário, com topo de eco de 6 km de altura e sem deslocamento. Na Tabela 2 (anexo), observa-se que nas varreduras seguintes, às variáveis topo da tempestade e refletividade apresentaram aumento significativo. Às 18:22 UTC chovia com extrema intensidade (56 dBZ) em Botucatu e às 18:38 UTC, a tempestade atingiu sua maior intensidade (60 dBZ). Durante esse evento, TITAN indicou probabilidade de apenas 40% de ocorrência de granizo, às 18:30 UTC, apesar de apresentar valores altos de topo e refletividade.
O TITAN não apresentou resultados satisfatórios nos eventos que ocorreram em Bauru 04/10/2000 e 02/08/2002. O produto que indica a probabilidade de granizo não foi representativo nesses casos. Estes eventos não serão apresentados neste estudo.
a) b)
Figura 2- Tempestades identificadas pelo TITAN na região de Botucatu às 18:15 UTC (a) e às 18:30 UTC do dia 31 de janeiro de 2004. As posições das tempestades correntes são representas pelos polígonos azuis. Os 4 polígonos vermelhos são extrapolações a cada 7,5 minutos, totalizando 30 minutos de previsão.
CONCLUSÕES
A análise subjetiva das nove simulações de eventos com ocorrência de granizo mostrou que sete foram bem prognosticadas pelo TITAN, em termos de identificação e posicionamento, enquanto que em dois eventos os resultados não foram satisfatórios. Isto mostra que temos uma ferramenta com potencial para contribuir no dia-a-dia do sistema de monitoramento feito pelo IPMet sobre o Estado de São Paulo.
Nos eventos que ocorreram em Bauru nos dias 04/10/2000 e 02/08/2002, com chuvas muito fortes, os resultados dos produtos gerados pelo TITAN mostraram-se insatisfatórios, pois não indicaram probabilidade de granizo. A razão principal deve-se à limitação dos radares de não poderem estimar chuvas sobre a perpendicular do local onde se encontram. Futuramente será feita simulações para esses eventos utilizando o radar do IPMet localizado em Presidente Prudente.
Já o evento ocorrido no dia 31 de janeiro de 2004, em Botucatu-SP. Observou-se que a tempestade formou-se repentinamente bem próxima da cidade, em poucos minutos já chovia na área urbana. O TITAN apresentou um prognóstico com pouco deslocamento e baixo valor de probabilidade de granizo, levando a constatação que mesmo para valores baixos de probabilidade, a ferramenta serve como alerta para os meteorologistas, a respeito da ocorrência de granizo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DIXON, M., WIENER G. TITAN: Thunderstorm, Identification, Tracking, Analysis and Nowcasting. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 1993, v.10 (3), p.785-797.
Dye, J. E., Martner B. E. The relationship between radar reflectivity factor and hail at the ground for Northeast Colorado thunderstorms. Journal of Applied Meteorology, v. 17, p. 1335-1341, 1978.
FALCONER, P. D. A radar-based climatology of thunderstorm days across New York State.
Journal of Climate and Applied Meteorology, Boston, v. 23, p. 1115-1120, 1984.
MURAKAMI, J. Transferência de tecnologias para aplicação direta ao monitoramento e nowcasting usando os radares meteorológicos Doppler do IPMet-Unesp.
Disponível em: <http://www.ral.ucar.edu/projects/titan/docs/TITAN_manual_ipmet.pdf >. Acesso em: dezembro. 2005.
WALDVOGEL, A., FEDERER, B., GRIMM, P. Criteria for the detection of hail cells. Journal of
Applied Meteorology, Boston, v. 18, n. 12, p. 1521-1525, 1979.
ANEXOS
Tabela 1 – Produtos do TITAN para a tempestade que atingiu Campinas às 23h07min de 05/05/2005. Coluna T0 o horário que o TITAN fez a previsão que atingiria Campinas. Coluna T4 mostra o horário do início da chuva.
Campinas T0 T1 T2 T3 T4 T5
HC 22:37 22:44 22:52 22:59 23:07 23:14
PG 100% 100% 100% 90% 90% 90%
TE 12,9 12,9 12,9 12,9 12,9 12,9 R 59 59 57 60 62 60
HC – Horário corrente (UTC) T0,T1,T2,T3,T4 e T5 – Intervalos de tempo de previsão
TE- Topo de Eco de 40 dbZ (km) PG – Probabilidade de granizo R – Refletividade (dBZ)
Tabela 2 - Produtos do TITAN para a tempestade que atingiu Botucatu às 18h22min de 31/01/2004. Coluna T0 o horário que o TITAN fez a previsão que atingiria Botucatu. Coluna T1 mostra o horário do início da chuva.
Botucatu T0 T1 T2 T3 T4 T5
HC 18:15 18:22 18:30 18:38 18:44 18:52 PG 0% 0% 40% 0% 0% 0% TE 6.1 7.6 9.9 9.9 7.6 7.6
R 46 56 59 60 52 55
HC – Horário corrente (UTC) T0,T1,T2,T3,T4 e T5 – Intervalos de tempo de previsão
TE- Topo de Eco de 40 dbZ (km) PG – Probabilidade de granizo R – Refletividade (dBZ)
