Radar Multiparamétrico e X-Net

Transcrição

1 Matéria Especial: Visando a Previsão de Desastres Causados por Fortes Chuvas Repentinas Radar Multiparamétrico e X-Net Novo Sistema de Observação que Capta Fortes Chuvas Repentinas (chamadas no Japão de "Tempestade Guerrilheira") Koyuru Iwanami Pesquisador-Chefe Depto. de Pesquisas de Tempestades, Inundações e Deslizamentos de Terras Radar Meteorológico "Então, vamos observar o movimento das nuvens de chuva através da imagem do radar meteorológico." Estas frases, juntamente com a utilização de imagens captadas pelo radar meteorológico para o fornecimento de informações meteorológicas, são ouvidas cada vez mais através da televisão ou da Internet. O radar meteorológico é um sensor remoto muito prático, com o qual se pode conhecer a posição e a intensidade das nuvens de chuva através da emissão de ondas eletromagnéticas por uma antena giratória e através do recebimento dessas ondas de volta após elas colidirem com gotas da chuva. Para se medir diretamente a quantidade pluviométrica existe o pluviômetro, mas este só pode fazer medições no local em que é instalado. Além disso, como a medição exige acúmulo de chuva, geralmente ela é feita em intervalos de 5 a 10 minutos. Por outro lado, o radar meteorológico utiliza ondas eletromagnéticas que avançam quilômetros por segundo. Assim, ele consegue medir a intensidade da chuva em uma grande faixa, ou seja, pode medir centenas de quilômetros quadrados em algumas dezenas de segundos. Radar Multiparamétrico 1

2 O radar meteorológico convencional previa a intensidade e a quantidade pluviométrica através da "potência das ondas eletromagnéticas" que retornam após colidir com as gotas de chuva. Porém, não era muito fácil efetuar a avaliação correta da precipitação pluviométrica no solo devido ao enfraquecimento das ondas eletromagnéticas em meio a fortes chuvas, ou à variação da relação entre a intensidade da chuva e a potência das ondas eletromagnéticas segundo o modo da precipitação. Desta forma, era necessário efetuar a correção utilizando-se os valores registrados por pluviômetro. Era um método que combinava os pontos vantajosos do pluviômetro, que efetua uma medição precisa, com o radar meteorológico, que permite efetuar medições em uma ampla faixa, porém, levava-se muito tempo para executar a medição. No ano 2000, o National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (Instituto Nacional de Pesquisa para Ciências da Terra e Prevenção de Desastres - NIED) desenvolveu e introduziu o radar Doppler de polarização de banda X, e vem realizando pesquisas para medir o mais corretamente possível o volume da precipitação. Como é possível efetuar medições sobre vários pontos, este radar é chamado de "Radar Multiparamétrico (MP)". "Banda X" é a denominação da faixa de frequência das ondas eletromagnéticas utilizada (faixa de 9GHz) que, transformada em comprimento de ondas, é de aproximadamente 3,2 cm. Este radar foi instalado em 2003 na cidade de Ebina, província de Kanagawa, e faz a medição contínua da precipitação pluviométrica num raio de 80 quilômetros durante o período contado desde a época da chuva primaveril até a época da chuva outonal e dos tufões. Por acaso, vocês sabem qual é o formato das gotas de chuva que caem? Muitas pessoas acham que as gotas são compridas na vertical, como se vê normalmente nos desenhos de "pingos" que caem dos olhos em forma de "lágrimas" ou que saem das torneiras. Na verdade, elas têm um formato ovalado, abaulado em 2

3 cima e achatado na parte de baixo, como se mostra na Figura 1. Como as gotas sofrem a resistência do ar durante a precipitação, o formato das gotas de tamanho pequeno é próximo ao de uma esfera e, quanto maior o tamanho da gota, o formato fica mais achatado. O radar multiparamétrico mede com precisão a intensidade da chuva, aproveitando o formato das gotas. Fig. 1 Diâmetro e formato das gotas de chuva Diferentemente dos radares convencionais, o radar multiparamétrico utiliza simultaneamente dois tipos de ondas eletromagnéticas: as que vibram no sentido horizontal e as que vibram no sentido vertical (Fig. 2). Estima-se a intensidade da chuva utilizando, não a "potência das ondas eletromagnéticas" que retornam, e sim, a "diferença de propagação (diferença de fases entre polarizações)" quando estes dois tipos de ondas eletromagnéticas atravessam a nuvem de chuva. Esta "diferença de propagação" é causada pelo formato ovalado das gotas de chuva. Pode-se estimar com precisão o volume pluviométrico, pois este radar obtém informações meteorológicas mesmo quando a chuva forte causa o enfraquecimento da potência das ondas eletromagnéticas, e há uma relação de correspondência com pequena heterogeneidade entre a potência das ondas eletromagnéticas e a intensidade da chuva, por ser independente do modo de precipitação. Com isso, este radar consegue utilizar a vantagem de poder captar informações sobre chuvas em uma grande área instantaneamente, vantagem essa que os radares meteorológicos possuem, e sem necesidade de correção através do pluviômetro. Fig. 2 Dois tipos de ondas eletromagnéticas utilizados pelo radar multiparamétrico 3

4 X-NET O National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED), em cooperação com a Academia de Defesa Nacional do Japão, a Universidade Chuo e a Japan Weather Association (Associação do Tempo do Japão), está construindo uma "Rede de Radares em Banda X" (abreviatura: X-NET) na grande metrópole de Tóquio, com o objetivo de monitorar a intervalos de 5 minutos a chuva torrencial e ventos fortes utilizando grades de 500 m. Conforme se indica na Fig.3, em 2008, foram conectados em rede cinco radares do NIED, sendo dois Radares MP (nas cidades de Ebina, província de Kanagawa, e de Kisarazu, província de Chiba) e três Radares Doppler dos três outros órgãos. Os dados de medição são coletados em tempo real e processados pelo NIED (localizado na cidade de Tsukuba, província de Ibaraki), e as informações sobre chuvas e ventos são publicadas experimentalmente pela Internet. O Radar Doppler é um radar que pode medir o vento e o Radar MP também conta com essa função. Com relação às informações sobre ventos que podem ser obtidas pela X-NET, apresentaremos em uma outra oportunidade. A Fig. 4 mostra uma comparação dos valores de medição do volume pluviométrico obtidos pelo sistema AMeDAs, da Agência Meteorológica, com os valores de medição feita pelo radar MP obtidos durante uma hora, em vários momentos, no bairro de Nerima, em Tóquio, na noite do dia 29 de julho de 2008, quando Tóquio foi atingida por um forte temporal. Indica-se que o volume pluviométrico em Nerima foi estimado corretamente pelo radar MP, localizado em Ebina, que fica a uma distância de cerca de 45 km,. 4

5 Fig. 3 Mapa de distribuição da X-NET A marca de estrela vermelha representa o Radar MP e a de estrela verde, o Radar Doppler. A zona assinalada com um círculo vermelho corresponde à zona de medição da chuva e a zona pintada em vermelho, à zona de estimativa de ventos. As fotos são imagens do Radar MP em Ebina (esquerda) e Kisarazu (direita). Fig. 4 Gráfico de comparação do volume pluviométrico durante 1 hora O gráfico em barras representa os valores de medição do volume pluviométrico do AMeDAS, e o gráfico em linha representa os valores estimados pelo Radar MP. Os detalhes serão apresentados no artigo a seguir. Foi comprovado que a rede de radares MP, com a qual se pode obter informações sobre volumes pluviométricos corretos e detalhados, são altamente eficazes para monitorar e prever as chamadas tempestades guerrilheiras, ou fortes chuvas que ocorrem repentinamente em áreas localizadas. O Ministério dos Transportes e Infraestrutura têm desenvolvido um projeto de instalação de rede de radares MP de banda X em três metrópoles japonesas e outras localidades do país. Pensa-se que os resultados de pesquisas da Academia Japonesa de Defesa Nacional estejam sendo aproveitados nos locais de prevenção de desastres. A medição de tempestades de chuvas está entrando em uma nova era graças à rede de radares MP de banda X. 5