O episódio de tempo severo de 7 de setembro de 2009 nos contextos sinótico e climatológico.

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1 O episódio de tempo severo de 7 de setembro de 2009 nos contextos sinótico e climatológico. Ernani L. Nascimento 1, Vagner Anabor 1, Marilei Foss 1, Everson Dal Piva 1. 1 Grupo de Modelagem Atmosférica, Universidade Federal de Santa Maria, Depto. de Física, Av. Roraima 1000, Santa Maria/RS, CEP ernani.nascimento@smail.ufsm.br Palavras-chave: tempestades severas; tornados; previsão do tempo; climatologia. 1 INTRODUÇÃO No dia 7 de setembro de 2009 uma irrupção significativa de tempestades severas foi observada sobre uma ampla região abrangendo os três estados da Região Sul do Brasil (RSB) e mais o extremo nordeste da Argentina (Província de Missiones). O evento de tempo severo iniciou-se na manhã do dia 7 e estendeu-se até o final da noite e a madrugada do dia seguinte. Em um período de cerca de 12h foram observadas na região desde supercélulas tornádicas até um bow echo (ver Anabor et al., 2010), causando danos significativos associados a granizos, rajadas de vento destrutivas e tornados em diversas localidades na região mencionada. Além de sua rara extensão espacial e duração, uma característica extraordinária deste evento foi a intensidade das tempestades convectivas e a ampla variedade do modo de convecção severa, que se comparam com as irrupções observadas nas Planícies Centrais da América do Norte. Além disto, o episódio apresentou um considerável grau de previsibilidade (Foss e Nascimento, 2010a). Logo, é importante investigar este evento atmosférico não só quanto ao padrão sinótico que o conduziu, mas também quanto à sua inserção no contexto climatológico. Estes aspectos são fundamentais no cenário vigente em que o meteorologista encontra pela frente, com cada vez mais freqüência, o desafio de lidar com situações de tempo capazes de deflagrar desastres naturais. 2 - METODOLOGIA E DADOS A metodologia neste estudo emprega a análise e previsão do tempo baseada em ingredientes (Brooks 2007), e a análise de padrões sinóticos conducentes à ocorrência de tempo severo (Doswell e Bosart 2001). De uma maneira geral, os ingredientes sinóticos necessários para o desenvolvimento de tempestades severas incluem (Moller, 2001): ampla oferta de umidade na baixa troposfera, presença de instabilidade condicional, existência de moderado a intenso cisalhamento vertical do vento (CVV), e um mecanismo de disparo convectivo. Parâmetros meteorológicos importantes na quantificação destes ingredientes podem ser calculados seja a partir de observações ou de produtos numéricos ver, por exemplo, Nascimento (2005). Quando todos os ingredientes são observados (ou previstos) simultaneamente sobre uma dada região, uma atenção redobrada é necessária. Por outro lado, o meteorologista deve conhecer também os padrões sinóticos que favorecem à conjunção destes ingredientes atmosféricos sobre uma região. A Figura 1 ilustra um esquema idealizado de um padrão sinótico considerado clássico para o desenvolvimento de tempestades severas. Neste trabalho o evento de 07/09/2009 é investigado seguindo a abordagem acima. Foram empregados: (i) dados da análise (final) do modelo Global Forecast System (GFS) do NCEP, com 1 de espaçamento horizontal de grade e 26 níveis verticais; (ii) dados das sondagens de ar superior (SAS) do setor subtropical da América do Sul. Primeiro os ingredientes e padrões sinóticos são estudados para o dia do evento, e em seguida é avaliado como este episódio se destaca dentro de um período de cerca de 10 anos de dados de SAS.

2 Figura 1 - Esquema de um padrão sinótico clássico comumente associado à ocorrência de tempestades severas locais, tendo o ciclone extratropical como a principal forçante. Os contornos sólidos são isóbaras em superfície; JBN = jato de baixos níveis; JP = jato polar. A flecha larga tracejada é o jato subtropical, e o polígono sombreado indica a região mais favorável ao desenvolvimento das tempestades (neste caso, supercélulas). (Figura original de Johns 1993, adaptada para o Hemisfério Sul). 3 - O AMBIENTE SINÓTICO DO EVENTO As Figuras 2 e 3 mostram a análise (final) do modelo GFS válida às 00Z de 08/09/2009 para as principais variáveis que caracterizam o padrão sinótico reinante quando o episódio de tempo severo encontrava-se em pleno andamento. A Fig.2a assim como imagens de satélite não mostradas indica a presença de um ciclone extratropical (núcleo de 998hPa) na saída da Bacia do Prata, com o respectivo cavado frontal (da frente fria) estendendo-se até a Província de Missiones, na Argentina. Intensa convergência ficou caracterizada ao longo de uma extensa linha sobre todo o setor de colo, desde o cavado frontal até o cavado invertido observado sobre o Paraguai, representando o mecanismo de disparo convectivo. O campo de temperatura em superfície (Fig.2b) indica a posição da frente fria sobre o Rio Grande do Sul (RS) e o setor quente do sistema extratropical englobando o Paraguai, Província de Missiones e quase a totalidade da RSB. Na Fig.2c ficam evidentes o ciclone extratropical e o cavado frontal em 850 hpa, e também uma importante piscina de ar úmido (q > 12 g kg -1 ) estendendo-se desde a fronteira Argentina-Paraguai até o N-NW do RS e centro-w de Santa Catarina (SC) e Paraná (PR). Analisando-se o campo de vento em 850hPa sobre esta região (Fig.2c) fica evidente um intenso escoamento tipo JBN de NW com ventos acima de 15 m s -1, que promoviam a advecção quente e úmida necessária para sustentar a convecção. De fato, em torno deste horário tempestades severas eram observadas na região da saída do JBN (incluindo-se a supercélula tornádica em Guaraciaba/SC). As Figs.2d e 2e mostram que esta região posicionava-se a E-NE de um cavado migratório, o que é consistente com o modelo conceitual de condicionamento sinótico de tempestades severas (Doswell e Bosart 2001). Em 250 hpa (Fig.2e) a RSB encontrava-se entre dois núcleos de velocidade máxima (jet streaks), com difluência e divergência sobre o W da RSB. A combinação entre o aquecimento em baixos níveis (Figs. 2b e 2c) e a aproximação da piscina fria associada ao cavado em 500 hpa (Fig.2d) induziu lapse rates relativamente altos sobre o RS e SC (Fig.2f), caracterizando, junto com o aporte de umidade, um ambiente instável. De fato, a SAS de Santa Maria (SBSM) das 12Z de 07/09/2009 já evidenciava uma condição extremamente instável em níveis médios, raramente observada (ver Seção 4 abaixo). Esta condição de instabilidade é confirmada pelos campos de CAPE e índice de levantamento (IL) ilustrados na Fig.3a. Nestes campos o setor quente do sistema baroclínico fica bem evidente, e valores significativos CAPE acima de 2000 J kg -1 combinado com LI abaixo de -6 C cobriam os extremos oeste de SC e PR e noroeste do RS. Em termos de CVV, toda a RSB encontrava-se sob a influência de intenso CVV nos primeiros 6 km acima de 20 m s -1 de diferença vetorial nesta camada, Fig.3b. Já o CVV

3 Figura 2 - Análise do modelo GFS válida às 00Z do dia 08/09/2009. O sombreamento indica: em (a) as áreas com convergência em superfície; em (b) as regiões com temperatura 18 C em superfície; em (c) as regiões com umidade específica 8g kg -1 em 850hPa; em (d) as regiões com vento 15 m s -1 em 500 hpa; em (e) as regiões com vento 30 m s -1 em 250 hpa. Em (f) apenas as regiões com lapse rate 6,5 C km -1 recebem contornos. nos primeiros 1000 m, considerado mais importante para tornadogênese, era mais intenso sobre o centro-oeste de SC, S do PR e centro-norte do RS (Fig. 3c). A Fig.3d mostra que o perfil vertical do escoamento entre superfície em 500 hpa variava de predominantemente unidirecional no norte do RS para um perfil com CVV fortemente direcional (mais favorável ao suporte de supercélulas isoladas) sobre o centro-oeste de SC, Província de Missiones e oeste do PR. Isto explica, ao menos em parte, os valores extremamente negativos de helicidade relativa à tempestade (não mostrados) sobre esta região, que se traduziu em um índice de energia helicidade muito significativo neste setor (Fig.3e). Este resultado é relevante no que concerne ao valor preditivo da análise combinada de CAPE e padrões de CVV. E em um contexto mais geral, também é encorajadora a utilidade da abordagem baseada em ingredientes neste evento, como indicado pela Fig.3f. Nesta figura temos a representação gráfica das regiões onde simultaneamente existiam CAPE (acima de 100 J kg -1 ), lapse rate acima de 6,5 C km -1 na camada entre hPa, e CVV entre superfície e 6km acima de 20 m s -1 [tempo severo; linha trecejada]; e, adicionalmente, NCL abaixo de 1500m e CVV entre superfície e 1km acima de 10 m s -1 [condições tornádicas; área sombreada]. Todo o setor onde as tempestades mais severas eram observadas naquele horário foi corretamente identificado, incluindo o setor de Missiones/Argentina e SC onde se deu a atividade tornádica.

4 Figura 3 - Igual à Fig.2, mas para outras variáveis meteorológicas. Em (a) o sombreamento indica as áreas com CAPE 100 J kg -1. Apenas recebem contornos as regiões com: (b) cisalhamento profundo 15 m s -1 ; (c) cisalhamento raso 10 m s -1 ; (e) índice de energiahelicidade 0,5. Em (f) a linha tracejada delimita a região onde ocorrem simultaneamente acentuados CVV profundo e instabilidade (amb. de tempo severo); a área sombreada indica onde ocorre também NCL baixo e intenso CVV nos primeiros 1000m (amb. tornádico). 4 - O EPISÓDIO NO CONTEXTO CLIMATOLÓGICO Para fins de previsão de tempo, tão importante quanto caracterizar a condição sinótica que conduziu ao evento de 07/09/2009 é posicionar este ambiente dentro do contexto climatológico, para avaliar de uma maneira mais quantitativa a excepcionalidade do episódio. Para isto comparamos as magnitudes dos parâmetros calculados neste evento com uma pequena climatologia destes parâmetros baseada em 10 anos de dados de SAS das 00Z e 12Z das estações de Porto Alegre, Florianópolis, Curitiba e Foz do Iguaçu, totalizando (após controle de qualidade) perfis termodinâmicos e perfis cinemáticos (Foss e Nascimento, 2010b). Deste conjunto de dados, identificou-se um total de 177 perfis (i.e., cerca de 18 por ano, em média) com condições propícias a tempestades severas locais. Dentre estes 177 perfis: (i) em apenas três foram encontrados lapse rates entre hPa atingindo (ou ultrapassando) 8 C km -1, como observado em SBSM às 12Z de 07/09/2009 (8,6 C km -1 ); (ii) dezesseis foram caracterizados como potencialmente tornádicos, dentre os quais apenas 1 caso continha CAPE acima de 1500 J kg -1 e apenas três casos continham CVV entre superfície e 6 km igual a ou acima de 30 m s -1 (condições observadas em 07/09/2009). Esta análise evidencia o quanto este episódio se destacou dentro do conjunto de situações favoráveis a tempo severo na RSB. É evidente que, para aumentar a significância deste

5 resultado, é necessário incluir na climatologia os perfis válidos às 18Z, mais representativos dos horários de maior atividade convectiva. Este análise encontra-se em andamento. 5 - CONCLUSÕES Com base no exposto acima concluímos que: (a) o padrão sinótico observado no episódio de 07/09/2009 foi coerente com as características dinâmicas comumente observadas em latitudes médias em cenários conducentes à convecção severa (Fig.1), o que é um resultado muito importante no contexto da previsibilidade do evento; (b) em termos gerais, os parâmetros empregados para caracterizar os ingredientes atmosféricos necessários para a formação de tempestades severas e tornados apresentaram valores muito significativos. Isto ficou evidenciado pela comparação das condições observadas em 07/09/2009 com uma investigação de perfis favoráveis à convecção severa baseada em 10 anos de SAS da RSB (Foss e Nascimento, 2010b). Dentro deste espaço de fase contendo apenas perfis atmosféricos de tempo severo, o evento de 07/09/2009 se destacou amplamente. Isto aponta para aspectos muito relevantes para a previsão de tempestades severas: (i) o valor do conhecimento da climatologia de tempo severo na RSB para fins de previsão; (ii) não basta identificar os padrões de tempo severo de maneira qualitativa e conceitual, mas deve-se quantificar a magnitude dos ingredientes de tempo severo (tanto de maneira absoluta quanto relativa) para dimensionar o grau de severidade esperado para as tempestades. 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Anabor, V.; Dal Piva, E.; Nascimento, E. L. Sistemas convectivos de mesoescala em 7 de setembro de 2009: simulação numérica de alta resolução. In. XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia. Anais em CD-ROM, Soc. Brasileira de Meteorologia, Belém, Brasil, Brooks, H. E. Ingredients-based forecasting. In: Giaiotti, D. B., Steinacker, R., Stel, F. (Eds.) Atmospheric Convection: Research and Operational Forecasting Aspects, Cap. 12. Udine, Itália: SpringerWienNewYork, p , Doswell III, C. A.; Bosart, L. F. Extratropical synoptic-scale processes and severe convection. In: Doswell III, C. A. (Ed.) Severe Convective Storms, Cap. 2. Boston, EUA: American Meteorological Society, p.27-69, Foss, M.; Nascimento, E. L. Investigation of the 7 September 2009 severe weather outbreak over subtropical South America from a predictability standpoint. In: AGU Meeting of the Americas. Anais eletrônicos, American Geophysical Union, Foz do Iguaçu, Brasil, 2010a. Foss, M.; Nascimento, E. L. Um estudo dos ambientes de convecção severa nos subtrópicos da América do Sul. In. XVI Congresso Brasileiro de Meteorologia. Anais em CD-ROM, Soc. Brasileira de Meteorologia, Belém, Brasil, 2010b. Johns, R. H. Meteorological conditions associated with bow echo development in convective storms. Weather and Forecasting, v. 8, p , Moller, A. R. Severe local storms forecasting. In: Doswell III, C. A. (Ed.) Severe Convective Storms, Cap. 2. Boston, EUA: American Meteorological Society, p , Nascimento, E. L. Previsão de tempestades severas utilizando-se parâmetros convectivos e modelos de mesoescala: uma estratégia operacional adotável no Brasil? Revista Brasileira de Meteorologia, v. 20, n. 1, p , 2005.