Simulação para averiguação de Jatos de Baixos Níveis sobre o estado do Ceará

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1 Simulação para averiguação de Jatos de Baixos Níveis sobre o estado do Ceará Francisco das Chagas Vasconcelos Júnior 1. João Bosco Verçosa Leal Junior 2. Camylla Maria Narciso de Melo 3. Cleiton da Silva Silveira 4. 1,4 Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos FUNCEME Av. Rui Barbosa, 1246 Aldeota, Fortaleza CE Brasil. Fone: (085) Mestrado em Ciências Físicas Aplicadas MCFA - Universidade Estadual do Ceará UECE - Av. Paranjana, 1700 Campus do Itaperi Fortaleza - CE - Brasil. Fone: (085) Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - Universidade Federal do Ceará UFC Campus do Pici juniorphy@gmail.com ABSTRACT: A numerical simulation with regional model RAMS over the Jaguaribe river basin is performed to evaluating the turbulence generation and the moisture transport by the Low-Level Jet (LLJ) which occurs perpendicular to Ceará coast. The occurrence of a phenomenon well known by inhabitants of the inland Ceará, called Aracati wind, was recently associated to LLJ developments over Ceará state. The simulation was performed in October and November of 2005, due to occurrences of Aracati wind. The simulation was utilized three nested grids and a vertical resolution high next to surface, in order to obtain a better representation of the analyzed variables. The pattern of height and magnitude of the LLJs are found. The moisture transport also is evident over the passage of LLJ, even with the approximately constant temperature; the humidity increases until the beginning of the morning. There is generation of turbulence above and below the jet core according to the literature. Keywords: Low-Level Jets, Planetary Boundary Layer, Numerical Modeling. 1 - INTRODUÇÃO No interior do estado do Ceará, existe um fenômeno meteorológico bastante conhecido pelos habitantes que vivem próximo à bacia do rio Jaguaribe, chamado por eles de vento Aracati. Os moradores da região relatam que os eventos do Aracati ocorrem no período seco do ano, principalmente, em noites de dias quentes. O vento Aracati foi caracterizado como um vento local com características de uma brisa marítima, possuindo grande penetração no continente (CAMELO, 2007), e recentemente, associado à desenvolvimento de Jatos de Baixos Níveis (JBN) sobre o vale do rio Jaguaribe (VASCONCELOS JÚNIOR, 2010). A Fig. 1 mostra o estado do Ceará e em destaque no quadro vermelho o rio Jaguaribe. Ventos locais e ventos costeiros são fenômenos que se desenvolvem em regiões com grande baroclinicidade e características sinóticas satisfatórias (OVERLAND e BOND, 1995; KORSBAKKEN et al., 1998), onde podem se desenvolver a partir de JBN (SAVIJARVI et al., 2005). Um JBN é definido como uma máxima velocidade relativa do vento dentro de 1 km ou 2 km acima da superfície da Terra, ocorrendo no período noturno e possuindo grande importância no transporte de umidade, calor e momento das regiões de baixas latitudes para altas latitudes. Além disso, os JBNs são caracterizados por uma forte oscilação diurna, juntamente com um grande cisalhamento vertical do vento abaixo do seu núcleo (MARENGO et al., 2004).

2 Figura 1 - Mapa do estado do Ceará e em destaque em vermelho o rio Jaguaribe. Fonte: Camelo (2007). Segundo Karam (2002), o estudo e previsão de JBN são de grande importância, pois são fenômenos que: (i) podem se desenvolver simultaneamente ou precedendo tempestades severas; (ii) possuem grande influência sobre a dispersão de poluentes; (iii) têm um efeito considerável sobre a dinâmica de incêndios florestais; e (iv) se relacionam com processos de ciclogênese dos Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM). A utilização de modelos numéricos no estudo de fenômenos atmosféricos é amplamente sugerido, pois ela permite a organização de idéias e a documentação das mesmas, investigar as relações entre causa e efeito, testar hipóteses, construir questões para a pesquisa teórica e observacional, averiguar mudanças na estrutura de forçantes ou comportamento de parâmetros essenciais; e prever a evolução temporal da atmosfera (DOUGLAS, 1995). Diante disso, neste trabalho, visa-se avaliar os JBNs que ocorrem sobre a bacia do rio Jaguaribe por meio modelagem numérica, tentando encontrar padrões de geração de turbulência e transporte de umidade da costa para o interior do dentro continente. 2 - MATERIAIS E MÉTODOS O modelo numérico escolhido para realizar as simulações foi o Regional Atmospheric Modeling System RAMS, versão 6.0 (WALKO e TREMBACK, 2008). As configurações do modelo foram validadas por Vasconcelos Júnior (2010). Para uma melhor resolução da região e das forçantes de grande escala, três grades aninhadas são utilizadas, todas centradas no mesmo ponto (W38; S5º50 ). A grade vertical tem espaçamento inicial de 20 m e razão de alargamento de 1,1, obtendo cerca de 6 pontos de grades nos primeiros 120 m e, consequentemente, uma boa resolução próxima à superfície. A Fig. 2 apresenta a disposição das grades do modelo utilizadas no trabalho. Na Tab. 1 são apresentados mais detalhes sobre a configuração utilizada no modelo atmosférico para este estudo. As condições iniciais e de fronteira foram provenientes dos dados do projeto Reanalysis do National Centers for Environmental Prediction NCEP. A simulação foi realizada de 01/10/05 até 30/11/05 para os meses de outubro e novembro do ano de Este período foi escolhido devido às ocorrências do vento Aracati (CAMELO, 2007). Durante toda a simulação foram utilizadas forçantes de grande escala em foram assimilados dados (nudging) em 5 pontos nas laterais do domínio (escala de tempo de 1200 s), no centro do domínio (21600 s) e no topo da grade, iniciando em cerca de 21 km e se estendendo até 18 km (escala de tempo de s).

3 Figura 2 - Disposição das grades utilizadas. Tabela 1 - Parâmetros do modelo utilizados na simulação. Parâmetros utilizados no modelo regional Número de grades 3 Pontos de grade em x 48; 50; 98 Pontos de grade em y 64; 66; 130 Pontos de grade em z 55 em todas Espaçamento inicial em z (m) 20 Espaçamento de grade (km) 40; 10; 2,5 Parametrização de microfísica Nível 3 Parametrização de radiação Harrington Parametrização de convecção Kuo Parametrização de turbulência Mellor-Yamada Para verificar a ocorrência dos JBNs, escolheu-se duas cidades, Jaguaruana (W 037º50, S04º50 ) e Morada Nova (W038º21, S05º08 ), que possuem grande proximidade com o rio Jaguaribe e frequentes eventos de vento Aracati (CAMELO, 2007). Nelas foram avaliados a evolução dos perfis de velocidade do vento, juntamente com a evolução dos perfis de Energia Cinética Turbulenta (ECT) e de razão de mistura de vapor d água. Nesse trabalho somente será apresentado os resultados da cidade de Morada Nova. 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO As simulações mostram o desenvolvimento de JBNs sobre o domínio estudado com padrões bem definidos: altura e magnitude do núcleo. No mês de outubro, analisou-se um JBN sobre a cidade de Morada Nova, o qual está apresentado na Fig. 3. O início de propagação do jato ocorre antes da 2300 UTC (20 h, horário local) do dia 21 /10/05, seu ápice é encontrado às 0200 UTC (11h, horário local), alcançando uma velocidade de aproximadamente 20 m/s, com núcleo de altitude média de 700 m.

4 Na Fig. 3(b), observa-se a evolução do perfil vertical da razão de mistura de vapor d água sobre a cidade de Morada Nova também no dia 22/10/05, um aumento em baixos níveis durante a noite, onde a temperatura foi encontrada aproximadamente constante (não mostrada aqui), de cerca 14 g/kg, no início da noite, para 16 g/kg, no fim da madrugada, o qual é explicada pela passagem do JBN, indicado na Fig. 3(a). Além disso, percebe-se uma diminuição da razão de vapor d água acima do núcleo do jato devido às descendentes de ar impulsionadas pela passagem do JBN, ou seja, um transporte contra-gradiente, pois a razão de mistura de vapor d água aumenta em níveis mais baixos da atmosfera. Figura 3 Evolução do (a) perfil vertical da velocidade do vento e (b) da razão de mistura de vapor d água sobre a cidade de Morada Nova na madrugada do dia 22/10/05. As figuras estão em horário UTC. A evolução do perfil vertical da ECT sobre a cidade de Morada Nova, também na noite do dia 22/10/05 (apresentada na Fig. 4), mostra a produção de turbulência na camada abaixo do núcleo do jato, devido ao cisalhamento e ao arrasto produzido pela superfície, como também valores bem menores acima do núcleo do jato, conforme sugeriram Banta, Pichugina e Newson (2003). Vale ressaltar que a turbulência diminui no início da noite por falta de mecanismos de geração, porém, no estágio de máxima velocidade no núcleo do jato, às 0200 UTC (Fig. 4), o valor da ECT volta a crescer e também alcança seu ápice. Próximo à superfície, no início da noite, a turbulência ainda é gerada por meio térmico (dissipação térmica), contudo com a passagem do jato a turbulência tende a ser gerada de forma mecânica devido ao cisalhamento do vento e fricção com a superfície. 4 - CONCLUSÕES Os JBNs simulados tem padrão de altura e magnitude dos núcleos bem definidos. Durante a passagem do JBNs, o aumento da razão de mistura de vapor d água, com temperatura aproximadamente constante, evidencia o transporte de umidade da costa para o sertão. Foi observado um transporte contra-gradiente, pois acima do núcleo ocorre uma diminuição da razão de mistura e abaixo ocorre aumento. O modelo ainda conseguiu reproduzir satisfatoriamente a geração de turbulência abaixo e acima do núcleo do JBN, esta turbulência é produzida de forma mecânica, devido ao cisalhamento do vento e ao arrasto com superfície.

5 Figura 4 - Evolução do perfil vertical de ECT sobre a cidade de Morada Nova na madrugada do dia 22/10/05. Na escala temporal, adotou-se horário UTC. 5 - AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer ao Mestrado Acadêmico em Ciências Físicas Aplicadas (MCFA), além da Fundação Cearense de Apoio Científico e Tecnológico (FUNCAP) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo auxílio financeiro e bolsas. 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COTTON, W. R.; PIELKE SR, R. A.; WALKO, R. L.; ET AL. RAMS 2001: Current status and future directions. Meteorology and Atmospheric Physics, v. 82, n. 1, p. 5-29, BANTA, R. M.; PICHUGINA, Y. L.; NEWSOM, R. K. Relationship between low-level jet properties and turbulence kinetic energy in the nocturnal stable boundary layer. Journal of the Atmos. Scienc., v. 60, n. 20, p , CAMELO, H. N. Estudo Numérico do Vento Aracati para Caracterização de seu Potencial Eólico. 71 f. Dissertação (Mestre em Ciências Físicas Aplicadas) Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza, Maio DOUGLAS, M.W. The summertime low-level jet over gulf of california. Monthly Weather Review, v. 123, p , KARAM, H. A. Estudo do Jato de Baixos Níveis de Iperó e das Implicações no Transporte depoluentes no Estado de São Paulo. 213 f. Tese (Doutor em Ciências Atmosféricas) USP, São Paulo, KORSBAKKEN, E.; JOHANNESSEN, J. A.; JOHANNESSEN, O. M. Coastal wind field retrievals from ers synthetic aperture radar. Journal of Geophysical Research, v. 103, p , MARENGO, J. A. et al. Climatology of the Low-Level Jets of the Andes as derived from the NCEP/NCAR Reanalyses: Characteristics and temporal variability. Journal of Climate, v. 14, n. 12, p , VASCONCELOS JÚNIOR, F.C. Estudo numérico de jatos de baixos níveis sobre o estado do Ceará. 129 f. Dissertação (Mestre em Ciências Físicas Aplicadas) Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza, fevereiro 2010.