INCURSÕES DE MASSAS DE AR ÚMIDO NA REGIÃO SUBTROPICAL DA AMÉRICA DO SUL NA ESTAÇÃO FRIA DE 2009 E O FENÔMENO DE RETORNO DE UMIDADE.

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1 INCURSÕES DE MASSAS DE AR ÚMIDO NA REGIÃO SUBTROPICAL DA AMÉRICA DO SUL NA ESTAÇÃO FRIA DE 2009 E O FENÔMENO DE RETORNO DE UMIDADE. Felipe Daniel C. Espindola 1 Ernani de Lima Nascimento² 1 Departamento de Física, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Av. Roraima, 1000 Bairro Camobi, Santa Maria (RS), Brasil CEP felipemeteorologia@gmail.com ² Departamento de Física, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Av. Roraima, 1000 Bairro Camobi, Santa Maria (RS), Brasil CEP ernani.nascimento@smail.ufsm.br Abstract: This study aims at investigating northerly incursions of moist air observed in the subtropics of South America in between consecutive passages of extratropical cyclones during the cold season (May to September). The goal is to identify those pronounced moist incursions that can be characterized as what is called moisture return. A preliminary objective method for the detection of episodes of moisture return is proposed and subjectively evaluated for the cold season of 2009, when a strong activity of extratropical cyclones was observed over the La Plata Basin and Southern Brazil. Results show that the proposed objective method tends to overestimate the number of events of moisture return. This occurs because the method does not include an explicit criterion involving the variable atmospheric humidity. Synoptic analyses are presented for a few episodes of moisture return. Resumo: Esta pesquisa tem por finalidade estudar as incursões de ar úmido oriundas de norte observadas nos subtrópicos da América do Sul entre as passagens consecutivas de ciclones extratropicais durante o período frio do ano (maio a setembro). Procura-se identificar as incursões úmidas mais pronunciadas que possam caracterizar um processo chamado de retorno de umidade ( moisture return ). Um método objetivo preliminar para a detecção de eventos de retorno de umidade é proposto, sendo avaliado subjetivamente para a estação fria de 2009 quando uma grande atividade de ciclones extratropicais foi observada sobre Bacia do Prata e sul do Brasil. Os resultados mostram que o método objetivo proposto tende a superestimar o número de episódios de retorno de umidade por não utilizar um critério explícito envolvendo a variável umidade atmosférica. Análises sinóticas de alguns eventos de retorno de umidade são apresentadas. 1- Introdução O setor subtropical Sul-Americano é uma região onde é comum se observar incursões alternadas de ar frio e seco proveniente das latitudes médias e de ar quente e úmido proveniente dos trópicos, podendo haver uma alternância de massas de ar com características distintas em espaços de tempo relativamente curtos. Em algumas ocasiões durante a estação fria do ano, após a incursão de uma intensa massa de ar polar 1(um) ou mais dias após a passagem de uma frente fria, observa-se um retorno acentuado de uma massa de ar com características tropicais para este setor através de um escoamento de norte, caracterizando o que é chamado de retorno de umidade (CRISP e LEWIS 1991). Este retorno de umidade é um fator importante para estabelecer o setor quente entre duas passagens consecutivas de ciclones extratropicais e, portanto, é relevante para a formação de sistemas precipitantes no inverno. A Figura 1 mostra uma representação esquemática do processo de retorno de umidade. De fato, muitos eventos de tempo severo registrados na estação fria do ano na Bacia do Prata ocorrem sob intenso retorno de umidade alguns dias (ou várias horas) após a passagem de uma massa de ar polar (p.ex., NASCIMENTO et al. 2010).

2 Figura 1: Representação esquemática idealizada do retorno de umidade entre a passagem consecutiva de dois ciclones extratropicais. A seta vermelha indica a incursão da massa de ar de origem tropical (quente e úmida). A seta azul indica a incursão da massa de ar polar (fria e seca). (Figura adaptada de SHAPIRO et al. 1999). As frentes frias, fenômenos bem documentados no Sul Brasileiro (QUADRO et al, 1996; ANDRADE, 2007), são importantes sistemas meteorológicos associados à ocorrência de chuvas e frio durante o inverno. Entretanto, o processo de retorno de umidade e aumento de temperatura, observado entre as passagens das frentes frias, ainda é um tópico pouco estudado. Dados estes pontos, esta pesquisa se propôs a estudar o processo de retorno de umidade nos subtrópicos da América do Sul (especialmente sobre a Bacia do Prata) relacionado à atividade contínua de sistemas baroclínicos migratórios durante a estação fria de 2009 (maio a setembro), quando intensa atividade de ciclones extratropicais foi observada. Mais especificamente este trabalho teve como objetivos principais: (i) elaborar e avaliar métodos objetivos e subjetivos para a caracterização do retorno de umidade sobre a Bacia do Prata; (ii) estudar os eventos de retorno de umidade sobre esta região no período de maio a setembro de 2009, considerado como de bastante atividade em termos de sistemas baroclínicos migratórios; (iii) investigar o padrão sinótico reinante durante os episódios de retorno de umidade. 2 - Dados e metodologia Para esta pesquisa foram utilizados dados diários do projeto Reanálise do NCAR/NCEP (KALNAY ET AL. 1996), válidos nos horários das 00Z (21h, hora local) e das 12Z (9h, hora local) para o período entre maio e setembro de Partindo destes dados, um critério objetivo para a caracterização do retorno de umidade análogo ao método proposto em CAVALCANTI e KOUSKY (2003) e ANDRADE (2005) para a caracterização de passagem de frentes frias foi testado para seis setores da região subtropical da América do Sul. A Figura 2 mostra a localização destes setores, cada um ocupando um domínio quadrangular de 5 x 5 de extensão. São eles: Sul do Paraguai (1); Paraná (2); Santa Catarina (3); nordeste da Argentina (4); Rio Grande do Sul (5) e Uruguai (6).

3 Figura 2: Mapa da América do Sul destacando setores selecionados para estudo. O critério objetivo experimentado para detectar em cada setor o retorno de umidade consistiu que em um espaço de 24h ocorresse simultaneamente: um aumento da temperatura em superfície maior ou igual a 2 C; aumento maior ou igual a 2 m/s na componente de norte do vento em 850hPa; e uma queda da pressão ao nível do mar maior ou igual a 2 hpa. Todos os valores considerados referem-se à média dentro de cada domínio quadrangular. Um algoritmo computacional, elaborado em FORTRAN, aplicou este critério aos dados da Reanálise NCAR/NCEP para identificar os dias com possíveis episódios de retorno de umidade. Para a analise subjetiva foram criados, em GraDS, para os horários das 00Z e das 12Z, séries temporais e mapas sinóticos das mesmas variáveis utilizadas no critério objetivo e mais a variável água precipitável. As séries temporais diárias geradas referem-se aos valores médios das variáveis dentro dos setores selecionados e são analisadas mês a mês. Essas séries foram utilizadas para avaliar o critério objetivo e também ajudaram na análise dos mapas sinóticos. Subjetivamente, os episódios de retorno de umidade foram identificados pelas séries temporais quando simultaneamente observava-se um aumento significativo de água precipitável, queda de pressão atmosférica, aumento de temperatura em superfície e fortalecimento do vento de norte em 850hPa. Os campos sinóticos, por sua vez, foram analisados por meio dos mapas de diferenças em 24 horas das seguintes variáveis: temperatura em superfície, componente meridional do vento em 850 hpa, pressão ao nível do mar e água precipitável. O processo de retorno de umidade foi avaliado de maneira semelhante àquela realizada com as séries temporais, ou seja, pela ocorrência concomitante de queda de pressão, aumento da água precipitável, intensificação do vento de norte e aumento de temperatura. Com a análise subjetiva foi possível avaliar se o critério objetivo apresentou resultados coerentes com o modelo conceitual de retorno de umidade. Avaliou também se ocorreram situações de retorno de umidade não detectadas pelo método objetivo e episódios com dois ou mais dias de duração. 3 - Resultados Nesta seção são discutidos os casos de retorno de umidade mais significativos, para o setor do Uruguai e o setor do Rio Grande do Sul, no período de maio a setembro de Entre maio e setembro de 2009 o critério objetivo identificou, para o Uruguai, 22 dias com condições de provável retorno de umidade. Entretanto, ao confrontarmos estes episódios com a avaliação subjetiva, houve uma redução de 22 para 9 dias com caracterização de retorno de umidade neste setor. A Figura 3 mostra as séries temporais analisadas do mês de Maio de 2009, para o setor do Uruguai (região 6). Dois eventos de retorno de umidade, indicados por setas pretas na Fig. 3a, foram bem caracterizados entre os dias 9 e 12 de maio e 20 e 21 de maio, com

4 (a) (b) Figura 3: Séries temporais de: (a) água precipitável [mm] e temperatura do ar a 2m [ C]; (b) PNM [hpa] e componente meridional do vento [m/s] em 850 hpa. Valores médios para o Uruguai (setor 6 da Fig.2) no mês de maio de A seta vermelha indica um evento que não caracteriza episódio retorno de umidade, enquanto que as setas pretas indicam episódios evidentes de retorno de umidade. acentuadas elevações de temperatura e água precipitável acompanhadas do fortalecimento do escoamento de norte e queda de pressão. A Figura 4 destaca o episódio de 20 a 21 de maio de 2009, o qual afetou intensamente o Uruguai e com menos intensidade o nordeste da Argentina e a parte sul do Rio Grande do Sul (RS). Este episódio de retorno de umidade começou no dia 20/05 com a aproximação de um centro de baixa pressão, o qual se intensificou no decorrer do dia provocando uma mudança na componente meridional do vento para o quadrante norte. Os ventos de norte eram intensos; consequentemente, houve um acentuado transporte de umidade e calor para a região promovendo um sensível aumento da temperatura e da umidade, o que se traduziu em chuvas e temporais principalmente sobre o Uruguai. (a) (b) (c) Figura 4: Anomalias em 24h (entre os dias 20/05/2009 e 21/05/2009) para: (a) vento em 850hPa [m/s] e água precipitável [mm]; (b) vento em 850hPa [m/s] e pressão ao nível do mar [hpa]; (c) vento em 850hPa [m/s] e temperatura a 2m [ C]. Dados: Reanálise NCAR/NCEP. No mesmo período analisado para o setor do RS (setor 5 na Fig. 2) o critério objetivo registrou 23 dias com condições de provável retorno de umidade, mas a análise conjunta entre os métodos objetivos e subjetivos reduziu este valor para 15 dias com caracterização de retorno de umidade. A Figura 5 mostra as séries temporais analisadas do mês de Agosto de 2009, para o RS.

5 (a) (b) Figura 5: Igual à Fig. 3, exceto que para o setor do RS (setor 5 na Fig. 2) no mês de agosto de Destaca-se o episódio de 11 a 17 de agosto, o qual afetou o nordeste da Argentina, o Uruguai e o RS, agindo primeiramente sobre a Argentina e Uruguai no dia 11/08, se entendendo para o RS a partir do dia 13/08. No dia 14/08 as temperaturas continuaram a se elevar e as pressões continuaram em declínio sobre o RS, enquanto que o Uruguai e a Argentina eram influenciados por um centro de alta pressão, fazendo com que as temperaturas diminuíssem (não mostrado). No dia 15/08 as pressão voltou a a cair em toda a região devido ao estabelecimento de um centro de baixa pressão e os ventos voltaram a soprar de forma intensa do quadrante norte. No dia 16/08 um sistema de alta pressão aproximou-se, fazendo com que o evento se concentrasse apenas sobre o RS, ocasionando fortes ventos e granizo em áreas isoladas, tendo seu fim no RS dia 17/08. A Figura 5 mostra os campos sinóticos dos campos de diferenças entre o dia 15 e o dia 14 de agosto.. (a) (b) (c) Figura 6: Igual à Fig. 4, exceto que entre os dias 14/08/2009 e 15/08/2009. É possível observar, através da análise do campo de anomalia de pressão da Figura 6, o trem de ondas associado ao deslocamento dos sistemas baroclínicos migratórios. O núcleo de queda de pressão sobre o continente sulamericano (entre dois núcleos de aumento de pressão) promoveu o retorno de umidade e conseqüentemente condições necessárias para sistemas precipitantes. Como esperado, as situações de retorno de umidade estavam associadas à passagem de sistemas migratórios de baixa pressão (e/ou ciclogênese) na Bacia do Prata. A diferença entre a resposta do método objetivo e análise subjetiva se deve principalmente pelo fato do critério objetivo não levar em conta nenhuma variável de umidade.

6 4 - Conclusões: Uma intensa atividade de ciclones extratropicais foi detectada sobre a Bacia do Prata no período de maio a setembro do ano de Em conseqüência disto, uma freqüente alternância de incursões de ar frio e seco (vento sul) e de ar quente e úmido (vento norte) foi observada. O mecanismo de retorno da umidade foi analisado durante as transições entre escoamento de sul e escoamento de norte. O método objetivo testado para a detecção do retorno da umidade superestimou o número destes eventos. Há a necessidade de se incluir neste método um critério envolvendo alguma medida de umidade, como por exemplo aumento da água precipitável. Os eventos caracterizados como retorno de umidade estiveram associados à passagem de ciclones sobre a região, ou à ciclogênese na Bacia do Prata. Ambos os processos foram muito freqüentes nos subtrópicos da América do Sul para o período estudado, o que resultou em um inverno muito chuvoso na região. 5 - Agradecimentos: Este trabalho foi financiado pela Universidade Federal de Santa Maria no âmbito do Programa de Iniciação Científica da Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa. 6 - Referências Bibliográficas: ANDRADE, K. M. Climatologia e comportamento dos sistemas frontais sobre a América do Sul. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), São José dos Campos, 185p., CAVALCANTI, I. F. A.; KOUSKY, V. E. Climatology of South American cold fronts. In: International Conference on Southern Hemisphere Meteorology and Oceanography, 7, Wellington, Nova Zelândia, CRISP,C. A.; LEWIS, M. J. Return flow in the Gulf of Mexico. Part I: A classificatory approach with a global historical perspective. J. Appl. Meteor., 31, p , KALNAY, E. et al. The NCEP/NCAR 40 year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., v.77, p , NASCIMENTO, E. L.; ANABOR, V.; FOSS, M.; DAL PIVA, E. O episódio de tempo severo de 7 de setembro de 2009 nos contextos sinótico e climatológico. XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia. Anais em CD-ROM, Soc. Bras. Meteorologia, Bélem, Brasil, QUADRO, M. F. L.; MACHADO, L. H. R.; CALBETE, S.; BATISTA, N. N. M.; Sampaio, G. Climatologia de Precipitação e Temperatura. Climanálise, Edição comemorativa 10 anos, (INPE PRE/6178). SHAPIRO, M. et al. A planetary-scale to mesoscale perspective of the life cycles of extratropical cyclones: the bridge between theory and observations. In: The Life Cycle of Extratropical Cyclones, M. Shapiro e S. Gr nas (Editores), American Meteorological Society, p , 1999.