I Workshop Científico do Projeto Chuva Período: 24 e 25 de Maio de 2012

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1 ANEXO IV

2 I Workshop Científico do Projeto Chuva Período: 24 e 25 de Maio de 2012 Local do Evento: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Prédio do LIT - Auditório Roger Roniatt O Objetivo desta reunião é criar uma interação entre os pesquisadores que estão envolvidos com pesquisas utilizando os dados do Projeto CHUVA. Após dois anos de experimentos e as campanhas de Alcântara, Fortaleza, Belém e Vale do Paraíba, desejamos apresentar os dados disponíveis e como estão organizados, além de discutir a próxima campanha no Sul do Brasil e apresentar os trabalhos que estão sendo realizados visando criar uma maior interação entre os grupos de pesquisa. Evaluation of WRF model applied to the vertical wind profile during the project Chuva Alcantara Station ADAIANA FRANCISCA GOMES DA SILVA

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4 AVALIAÇÃO DO MODELO WRF APLICADO AO PERFIL VERTICAL DO VENTO DURANTE O PROJETO CHUVA ESTAÇÃO ALCÂNTARA 2010 Adaiana F. G. da Silva1, Paulo Geovani Iriart2, Gilberto F. Fisch1,2 1 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), São José dos Campos, SP, Brasil O Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) é considerado o portal brasileiro para o espaço. As características do vento podem impactar direta e profundamente na trajetória de um foguete em lançamento, podendo desviá-lo de sua rota, causar imprevistos e até mesmo acidentes. Por este motivo é muito importante conhecer bem o vento local em termos de perfil, velocidade e direção predominantes. O regime de ventos naquela região é dominado pelos ventos alísios, que são fortes, persistentes e predominantemente de sudeste. Além deste, o CLA também sofre influência da brisa marítima, a qual é intensificada no período de seca. Na estação chuvosa, que abrange os meses de janeiro a junho, os ventos são mais fracos, pois consistem basicamente pelos alísios. Durante o mês de março de 2010 ocorreu a campanha de coleta de dados do Projeto CHUVA - Alcântara, que foi planejado para ocorrer durante a estação chuvosa da região. Entretanto, este mês em particular foi atípico, devido à influência de evento ENSO. As chuvas somente ocorreram a partir do dia 19/03, devido ao posicionamento tardio da Zona de Convergência Intertropical próximo à costa do litoral norte do NE do Brasil. Este trabalho tem como objetivo avaliar a capacidade do modelo WRF em realizar previsões de 72 horas a partir de condições iniciais fornecidas pelo Global Forecasting System (GFS), do National Center of Atmospheric Research (NCEP). Dados de radiossondagens lançadas durante o experimento foram utilizados para a obtenção de estatísticas do vento referentes ao período de 19 a 31 de março. As saídas do modelo são confrontadas contra observações através de três índices estatísticos: viés, erro quadrático médio e índice de concordância de Willmott, calculados a cada 6 horas. As simulações são realizadas para o mesmo período, mas iniciadas a cada 12 horas. Testes de sensibilidade foram conduzidos para o dia 20/03 a fim de definir a configuração do modelo que melhor representa a estrutura vertical do vento no CLA. Nos testes foram variados e comparados diferentes tamanhos de domínios, número de níveis verticais e spin-up time, e todos foram realizados com três domínios, sendo dois aninhados, e passo de tempo de 54 segundos. Os testes mostraram pouca sensibilidade do modelo com relação ao tamanho dos domínios e pequenas diferenças favoráveis à utilização de mais níveis verticais, no caso 42, e um spin-up mais baixo, no caso 6 horas. No geral, os índices de Willmott alcançaram valores satisfatórios quanto à capacidade do modelo em simular o vento (da ordem de 0,8 e 0,9), mas os erros associados a viés (2 a 3m/s) e RMSE (3 a 4m/s) foram mais altos que o esperado.

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6 Effects of spatial resolution in the simulation of a squal instability line in Belém 07/06/20Numerical ModelingNumerical Modeling - ADILSON WAGNER GANDU Efeitos da resolução espacial na simulação de sistemas convectivos observados em 07/06/2011, em Belém. O modelo BRAMS foi utilizado para simular diversos sistemas convectivos observados no dia 07 de junho de 2011, durante a Campanha de Belém do Projeto CHUVA. Foram feitas diversas

7 simulações, com espaçamento horizontal mínimo de grade de 4 km, 2 km, 1 km e 500m. Os diversos sistemas observados através do radar meteorológico utilizado na Campanha foram mais realisticamente simulados na grade de maior resolução, inclusive mostrando estruturas morfológicas consistentes com as relatadas na literatura.

8 Data assimilation impact of Polarimetric X-Band radar in short term rainfall forecasting - EDER PAULO VENDRASCO Impacto da Assimilação dos Dados do Radar Polarimétrico Banda X na Previsão de Curto Prazo da Precipitação

9 Eder Paulo Vendrasco Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais Está sendo conduzido no Brasil o projeto CHUVA (Cloud processes of the main precipitation systems in Brazil: A contribution to cloud resolving modeling and to the Global Precipitation Measurement GPM) que tem como objetivo mapear os principais sistemas precipitantes no país. Desde seu início até o presente momento já foram realizadas 3 campanhas de medição em 3 diferentes sítios: Fortaleza, Belém e Vale do Paraíba. Dentre as medidas coletadas nos experimentos estão aquelas obtidas com radar de dupla polarização banda X, lidar, radiômetro de microondas, disdrômetro, radiossonda e pluviômetro. Durante os experimentos verificouse que as previsões operacionais que forneciam suporte aos experimentos apresentaram falhas e muitas vezes não registravam precipitação em locais onde observações (radar, disdrômetro e pluviômetros) apontavem o inverso. Recentemente avanços significativos ao que diz respeito a assimilação de dados de radar (velocidade radial e refletividade) têm sido observados e, mesmo que ainda pouco abundante, a bibliografia aponta melhorias na previsão da quantidade de precipitação fazendo uso desta técnica. Portanto, este trabalho propõe assimilar os dados do radar de dupla polarização banda X (entre outros dados convencionais, como metar, synop e radiossonda) para simular um sistema convectivo que se formou no Vale do Paraíba em forma de linha a partir da união de outros pequenos sistemas oriundos do aquecimeto diurno. Propõe-se utilizar o modelo WRF com o esquema de assimilação 3D-VAR para produzir a melhor análise possível viabilizando a reprodução deste evento. Como parâmetro de comparação quantitativa será utilizado o FSS (Fractional Skill Score), um método muito utilizado para avaliar a acurácia de previsões de precipitação em modelos de alta resolução, como é o caso deste trabalho. Alguns resultados preliminares apontam ganho significativo quando comparados com a simulação controle, ou seja, sem assimilação do dado do radar. Contudo este resultado ainda precisa ser melhor explorado e aprimorado. Entre outros aspectos, os resultados deste trabalho, que visa melhorar a representação tridimensional da atmosfera proporcionando melhor previsão da precipitação, também são importantes para fornecer informações de entrada para modelos hidrológicos e radiativos, contribuindo para outros grupos dentro do projeto.

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11 Cloud Resolving Model: link between observations and climate models - ENVER RAMÍREZ GUTIÉRREZ Uso de LES e CRM no desenvolvimento e/ou melhoria das parametrizações da convecção rasa e profunda no modelo Atmosférico Global do CPTEC (AGCM-CPTEC) Silvio Nilo Figueroa e Enver Ramirez Gutierrez Centro de previsão de tempo e estudos climáticos (CPTEC), Instituto Nacional de Pesquisas Espacias (INPE). Resumo

12 O objetivo desde trabalho e usar Large-Eddy-Simulation (LES) e o modelo de nuvens Cloud Resolving Model (CRM) no desenvolvimento e/ou melhoria das parametrizações da convecção rasa e profunda no modelo global Atmosférico do CPTEC (AGCM-CPTEC). Para as rodadas preliminares destes modelos estão sendo usados os dados dos experimentos de BOMEX ( Barbados Oceanographic and Meteorological Experiment ), TOGA (Tropical Ocean Global Atmsphere) e LBA-1999 (Large-Scale Biosphere Atmosphere,LBA). Logo, serão incluídos os dados do experimento CHUVA (Cloud processes of the main precipitation systems in Brazil: A contribution to cloud resolving modeling and to the GPM (GlobAl Precipitation Measurement). A metodologia usada será comparar as saídas do CRM a cada 5 minutos (exemplos: fluxo de massa ascendente, agua liquida na nuvem, fluxos de calor latente, energia cinética turbulenta, fracção de nebulosidade, etc) com as produzidas pelas parametrizações. Os dados de CHUVA serão de muita importância para ajustar/melhorar e ou desenvolver as parametrizações da convecção no AGCM-CPTEC sobre o Brasil.

13 Spectral cloud model validation for the CHUVA experiment in Fortaleza - JOÃO BOSCO VERÇOSA LEAL JUNIOR Validação de modelo de nuvem espectral para o experimento CHUVA em Fortaleza. João Bosco Verçosa Leal Junior, Gerson Paiva Almeida.

14 Departamento de Física, Universidade Estadual do Ceará, UECE, Fortaleza, CE. Resumo:Neste trabalho é avaliado um modelo de nuvem quente bidimensional Axissimétrico com microfísica explícita para reproduzir a precipitação acumulada no solo durante o experimento CHUVA em Fortaleza. São utilizadas condições iniciais de duas radiossondagens realizadas na Defesa Civil de Fortaleza nos dias 09 e 12 de abril de Para a distribuição de CCN são utilizados três cenários:ambiente marítimo,intermediário e poluído. Os resultados do modelo são comparados com as precipitações acumuladas na PCD de Caucaia. As simulações apresentaram precipitação para todos os cenários e dias simulados, porém o modelo não conseguiu reproduzir a quantidade acumulada no solo, sempre subestimando-a. Está previsto estender as simulações para outras cidades do experimento e implementar a fase mista no modelo. 1. Introdução Uma representação adequada da microfísica das nuvens e da precipitação é um dos grandes desafios na modelagem de nuvens e da previsão quantitativa da precipitação. Modelos de mesoescala com esquemas de microfísica simples de um momento têm sido utilizados na modelagem das nuvens e por décadas, embora estes estudos indiquem muitas limitações que são inerentes no tipo de esquema de microfísica dos modelos do tipo bulk. Ao contrário dos esquemas de um momento de microfísicas do tipo bulk, que passaram por tantas validações de sistemas de nuvens, os modelo do tipo espectral (bin) foram submetidos a estudos de validação relativamente menos sistemáticas. Como os modelos do tipo bin são mais sofisticados e oferecem mais profundidade na utilização da riqueza de conjuntos de dados observacionais,eles representam uma ferramenta indispensável para se estudar as interações detalhadas entre a dinâmica e microfísica, tais como os efeitos indiretos dos aerossóis. O conjunto de dados do Experimento Chuva representa um tal conjunto de dados com riqueza de detalhes bastante oportuno para se validar um destes modelos do tipo bin. Dessa forma, são realizadas neste trabalho simulações numéricas com um modelo de nuvem bidimensional

15 axissimétrico com microfísica explícita utilizando dados do experimento em Fortaleza.

16 2. Material e Métodos O modelo bidimensional axissimétrico utilizado neste trabalho é descrito em Almeida et al. (1998) e Costaetal. (2000). Os núcleos decondensação são distribuídos em 178 classes para três ambientes: marítimo, poluído e intermediário, obedecendo curvas do tipo N C Sk,onde N é concentração em cm^-3, C e k são constantes e S é a supersaturação em %. Os valores de C e k são respectivamente: 245 e 0,33 para o ambiente marítimo; 1275 e 0,72 para o intermediário; e 2450 e 0,9569 para o poluído. Os raios varia m de 0,06 a 6,30 m. O modelo utiliza 100 classes de gotas (bin) divididas de acordo com seu raio, que varia exponencialmentede 1 m a 5 mm. O domínio do modelo é composto de 90x90 pontos de grade com espaçamento de 80 m tanto na horizontal como na vertical. O passo de tempo é de 5 se o tempo total de simulação é de1h. As condições iniciais do modelo são obtidas apartir de duas radiossondagens realizadas na Defesa Civil em Fortaleza, uma delas às 12:01 UTC do dia 09 de abril de 2012 (Figura1) e a outra às 05:39 UTC do dia 12 do mesmo mês e ano Figura2). Figura 1.Radiossondagem realizada na Defesa Civil de Fortaleza às 12 UTC do dia 09 de abril de A precipitação acumulada na PCD de Caucaia (mais próxima) foi de 1,6 mm para o dia 09/04 e 27, 6 mm para 12/04. Os autores tiveram dificuldades na

17 interpretação dos valores de precipitação apartir de dados obtidos pelos instrumentos instalados na Defesa Civil, que estão disponíveis no repositório de dados do projeto CHUVA. Figura 2.Radiossondagem realizada na Defesa Civil de Fortaleza às 06 UTC do dia 12 de abril de Foram realizadas 6 simulações ao total, sendo três cenários de distribuição de CCN para cada um dos dois dias. 3. Resultados As precipitações (no solo) máximas acumuladas no modelo para o dia 09/04/12 foram de 0,79 mm para o ambiente marítimo, 0,71 mm no intermediário e 0,72 no poluído. Verificou-se que houve uma diantamento no início da precipitação para o ambiente marítimo e m relação aos outros de1min, aos 21 min desimulação, com duração até os 33 min para todos os casos. A nuvem forma da teve base em torno de 300 m de altura e topo um pouco acima dos 2400 m para os três casos. Para o dia 12/04/2012, as precipitações acumuladas foram de 0,28 mm para o ambiente marítimo e 0,25 mm para os outros dois ambientes. Novamente a precipitação iniciou-se um minuto mais cedo no caso marítimo, aos 17 min e todas se estenderam até os 37 min desimulação. A base da nuvem foi de aproximadamente 200 m e o topo em torno de 1900 m para os três casos.

18 4. Conclusões O modelo foi capaz de reproduzir aprecipitação observada nos dois dias de simulação. No entanto, o mesmo subestimou o valor da mesma, principalmente no dia 12/04/12. Há a necessidade de uma investigação por menorizada para verificar quais os motivos que levaram o mesmo a não capturar esse valor. Uma possibilidade a ser investigada é que a precipitação observada em Caucaia não foi a mesma da DefesaCivil,pois houve dificuldade dos autores na interpretação dos valores obtidos nos instrumentos instalados nesse local. Há a perspectiva de se estender assimulações para outras condições iniciais em Fortaleza e demais cidades do experimento, de forma a fazer uso do banco de dados de condições iniciais do projeto CHUVA e a valiar melhor o modelo. A fase mista está sendo implementada no modelo. Referências Almeida, G. P., Costa, A.A., Mendes, K. C., Sampaio, A. J. C., 1998: Detailed microphysicsina two-dimensional cloud model. Preprints of the AMS Conference on Clouds Physics, Everett,Washington, USA, Costa A. A., Almeida, G. P., Sampaio, A. J. C., 2000:A Bin microphysics cloud model with high order, positive definite advection.atmos.res.,55,

19 Precipitation and cloudiness simulations using MCGA Numerical Modeling-D of CPTEC/INPE thermodynamic profiles of CHUVA experiment in Fortaleza. - PAULO HENRIQUE SANTIAGO DE MARIA

20 Simulações da precipitação e nebulosidade usando o MCGA 1-D do CPTEC/INPE com perfis termodinâmicos da campanha Fortaleza do projeto CHUVA. Paulo Henrique Santiago de Maria1,2, Silvio Nilo Figueroa1 1 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2 Rod. Pres. Dutra, Km40 Cachoeira Paulista, SP paulo.santiago@cptec.inpe.br RESUMO São apresentados resultados de experimentos utilizando uma versão unidimensional do modelo de circulação geral (MCGA 1-D) do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Esse tipo de experimento é usualmente adotado na verificação e calibração das parametrizações físicas dos MCGAs. O modelo simulou um período de 15 dias, com início em :00Z, tendo como condição inicial o perfil termodinâmico fornecido pela radiossondagem realizada em Quixeramobim-CE como parte da campanha de Fortaleza do projeto CHUVA. Os experimentos, sendo três no total, diferem entre si na parametrização de convecção (Arakawa-Schubert, Grell e Kuo), tendo sido realizada uma simulação com cada uma delas. Os resultados mostram que (1) as parametrizações físicas em geral e o esquema de radiação em particular se comportam adequadamente e (2) o fechamento Grell, como era esperado, não produz precipitação convectiva devido a ausência do perfil de velocidade vertical. Esta abordagem lança luz sobre a demanda da modelagem atmosférica por dados obtidos em campanhas observacionais.

21 Analysis of convection resolved by BRAMS model - RENATO GALANTE NEGRI

22 I workshop científico do projeto CHUVA 24 e 25 de Maio de 2012 Renato Galante Negri e Luiz Augusto Toledo Machado Análise da convecção resolvida pelo modelo BRAMS Abstract O projeto CHUVA visa coletar informações a respeito dos principais sistemas precipitantes encontrados no Brasil, visando reduzir as incertezas na estimativa da precipitação e progredir no conhecimento dos processos das nuvens, com foco principal em nuvens quentes. Além das medidas realizadas por diversos instrumentos de sensoriamento remoto, o experimento CHUVA conta também com simulações numéricas de alta resolução espacial e temporal. Em tais simulações, realizadas pelo modelo BRAMS, a convecção é resolvida explicitamente. Este trabalho pretende analisar quão realística é a convecção resolvida pelo modelo numérico de previsão de tempo BRAMS. Para esta análise, serão realizadas simulações de imagens dos canais do infravermelho dos satélites GOES-12 e Meteosat-8 e em diversas bandas do microondas entre GHz e GHz a partir da versão 9.3 do modelo de transferência radiativa RTTOV. Essas simulações serão então comparadas às suas respectivas imagens reais. Nessa comparação, serão empregados o algoritmo de monitoramento e previsão de sistemas convectivos ForTraCC, a técnica estatística de análise multivariada EOF. Após a conclusão da análise citada, um banco de dados de propriedades microfísicas (por região, tipo de nuvem e ciclo de vida) será confeccionado.

23 Convective cloud scale numerical modeling: impacts associated to monotonic advection schemes. - SAULO RIBEIRO DE FREITAS

24 Convective cloud scale numerical modeling: impacts associated to monotonic advection schemes. S. R. Freitas, R. Stockler Brazilian National Institute for Space Research (INPE-CPTEC). Abstract The advection equation is a fundamental part of any fluid dynamics model and this equation describes the transport of scalar properties (e.g., cloud mass mixing ratio) by the wind flow. One critical point of any advection scheme, when transporting sharply localized mass fields, is the generation of oscillations around the strong gradients, known as Gibbs phenomenon, producing under- or overshoots that are not physically realistic. Monotonic schemes are used to prevent or attenuate the Gibbs phenomenon. As explicit simulation of clouds by the so-called cloud resolving/permitting models becomes frequent, the use of more accurate advection schemes is also increasing, since clouds present sharp boundaries. In this work, we present impacts of the new advection scheme implemented in BRAMS atmospheric model by Freitas et al. (2012) on simulation of convective clouds at 1 km grid spacing. This scheme is absolutely monotonic and present very low numerical diffusion. We compare simulations of cloud fields using the original nonmonotonic formulation of BRAMS with the new one. We also we discuss the impact of this new transport scheme on simulation of the strong rainfall event over Rio de Janeiro area in January 2011 is discussed. Finally, the application of BRAMS with the new transport model to the main selected case studies of CHUVA experiment is purposed.

25 Using LES and CRM development and / or improvement of parameterizations of shallow and deep convection in the CPTEC Global Atmospheric Model (AGCM-CPTEC) - SILVIO NILO FIGUEROA

26 Uso de LES e CRM no desenvolvimento e/ou melhoria das parametrizações da convecção rasa e profunda no modelo Atmosférico Global do CPTEC (AGCM-CPTEC) Silvio Nilo Figueroa e Enver Ramirez Gutierrez Centro de previsão de tempo e estudos climáticos (CPTEC), Instituto Nacional de Pesquisas Espacias (INPE). Resumo O objetivo desde trabalho e usar Large-Eddy-Simulation (LES) e o modelo de nuvens Cloud Resolving Model (CRM) no desenvolvimento e/ou melhoria das parametrizações da convecção rasa e profunda no modelo global Atmosférico do CPTEC (AGCM-CPTEC). Para as rodadas preliminares destes modelos estão sendo usados os dados dos experimentos de BOMEX ( Barbados Oceanographic and Meteorological Experiment ), TOGA (Tropical Ocean Global Atmsphere) e LBA-1999 (Large-Scale Biosphere Atmosphere,LBA). Logo, serão incluídos os dados do experimento CHUVA (Cloud processes of the main precipitation systems in Brazil: A contribution to cloud resolving modeling and to the GPM (GlobAl Precipitation Measurement). A metodologia usada será comparar as saídas do CRM a cada 5 minutos (exemplos: fluxo de massa ascendente, agua liquida na nuvem, fluxos de calor latente, energia cinética turbulenta, fracção de nebulosidade, etc) com as produzidas pelas parametrizações. Os dados de CHUVA serão de muita importância para ajustar/melhorar e ou desenvolver as parametrizações da convecção no AGCM-CPTEC sobre o Brasil.

27 Study of the ability of BRAMS model to represent the extreme event of precipitation of warm clouds in Itajai Valley in THEOTONIO MENDES PAULIQUEVIS JÚNIOR

28 A modeling study of a warm clouds extreme event in Santa Catarina, Brazil Theotonio Pauliquevis, Maria Assunção F. Silva-Dias, Henrique Barbosa. In 2008, November 21-24, the eastern portion of the Santa Catarina state in southern Brazil was subject to an extreme event of rain that lasted for four days, with serious social and economical consequences. Depending on location, the accumulated monthly rain was up to 1000 mm, and daily rain reached 280 mm. In spite that numerical models indicated favorable conditions for rain during the target period, they were not able to predict the actual precipitation volume. In situ observations showed that this extreme event was basically associated to warm orographic clouds, whose formation was induced by the presence of a stationary high pressure over the south Atlantic. This high induced wind to flow perpendicularly to the coast and maximized the ocean-land transport of saturated air masses. In this study we aimed to investigate the reasons for the fail in the numerical models to predict the actual intensity and volume of rain in this event. We used the BRAMS model to simulate it, employing nested grids with resolution up to 2.5 km and full microphysics. The analysis of results showed that model reproduced very well the wind pattern, temperature, spatial distribution of accumulated rain, as well as several cloud parameters (e.g.: cloud top height). However, rain volume was strongly associated to spatial resolution of simulations, increasing accordingly. In particular, the spatial resolution of topography was critical to the simulation succeed, as well as the employment of full microphysics and not convection parameterizations, which are unable to resolve convective systems like this. Results are also discussed with respect to the applicability of the same approach to the CHUVA sites and campaigns.

29 Cloud liquid Water content and precipitation using active and passive sensors during CHUVA Project - ALAN JAMES PEIXOTO CALHEIROS

30 Integrated Rain and Cloud Liquid Water over Brazil during CHUVA Campaign Alan James P. Calheiros e Luiz Augusto Toledo Machado During the CHUVA campaign [Cloud process of the mains precipitation system in Brazil: A contribution to cloud resolving Modeling and to the GPM (GlobAl Precipitation Measurement)] continuous measurements were carried out by several equipment sensitive to cloud and rain. The purpose was discretizing the cloud vertical distribution for different precipitation regimes and systems, essential information to satellite precipitation estimation. The cloud and rain liquid water proprieties are the most important parameter related to that distribution. In order to define cloudy and rainy conditions a synergy between many sensors (LIDAR, MicroRainRadar, XPOL RADAR, and Disdrometer) was made. The Cloud Liquid Water (CLW) integrated was retrieved by ground-based microwave measurements using a neural network, whereas the Rain Liquid Water (RLW) was estimated by a Micro Rain Radar (MRR). The reflectivity vertical profiles and some polarimetrics information from XPOL radar (Range Height Indicator above the sites) were used to identify convective, stratiforme, and warm rain systems. For non-precipitating clouds no difference in liquid content was observed in sites with different regimes of precipitation. The rain liquid water for convective system shows the highest values, followed by warm system. Although the largest number of cases was associated to stratiform systems these ones had the lowest values of RLW.

31 Observations from GNSS Dense Network during CHUVA Belem - DAVID KENTON ADAMS.

32 Observations from GNSS Dense Network during CHUVA Belem David K. Adams Universidade do Estado do Amazonas Rui M. S. Fernandes Universidade da Beira Interior Luiz F. Machado Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos Luiz A. Sapucci Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos In this presentation, we present motivations for, preliminary results from, and future directions for studies employing the th Dense GNSS Meteorological Network (15 stations) during the GPM CHUVA Belem Campaign in Belem, Brazil; This meso-scale (~100km x 100 km area) ground-based network of GNSS receivers and meteorological stations was constructed in and around Belem in late May of The motivations for the network are several-fold: 1) gain insight into mesoscale water vapor fluxes/convergence and convective activity, for example, the role of cold pools in the transition from shallow-to-deep convection and organization of convection at the mesoscale; 2) constrain ( close with sondes/profilers) the atmospheric component of the hydrological cycle during deep precipitating convection; 3) create high spatial/temporal resolution (3D with slant path/tomography) water vapor fields for model initialization and/or providing constraints for testing physical parameterizations. Preliminary results in GNSS precipitable water vapor clearly indicate the diurnal cycle of mesoscale water vapor convergence, presumably due to sea-breeze convergence, while local deep convection has a characteristic "ramp-up" timescale of 1 to 2 hours. In the future, we will attempt to analyze the atmospheric component the hydrological cycle during convective precipitation events, utilizing the radiosondes, radiometer, radar data and high resolution GOES visible imagery.

33 Observations of aerosols and clouds condensation nuclei in Ceará - GERSON PAIVA ALMEIDA.

34 [OBSERVAÇOES DE AEROSÓIS E NUCLEO DE CONDENSAÇÃO DE NUVENS NO CEARÁ] Gerson Paiva Almeida (gerson.almeida@uece.br) Antônio Geovan de Araújo Holanda Guerra, UECE João Bosco Verçosa Leal Junior, UECE This work describes observations of aerosol and CCN activation spectra in the Brazilian Northeast semi-arid region (NEB). The observations were performed using an Electric Aerosol Charger (EAC), an Optical Particle Counter (OPC) and a CCN counter (CCNC). Those instruments were able to determine aerosol number concentration and mean aerosol size distribution from 25nm to 400 nm, aerosol size distribution from 250 nm to 32 μm in 32 sizes channels, and CCN activation spectra. Three places were used as observational points. One was at Ceara State University campus, located at S, W, and a second closer to the coast, at S, W. The third point was about 180 km from the coast at S, W, representing remote inland site. The observations show that aerosol concentration on the NEB is usually high. For example, coastal particle number concentrations are above 3000 cm-3 on average, exhibiting concentration peaks that depend on the time of the day. Inland concentrations were about cm-3 which also is high, but the data do not show much diurnal variation. A remarkable difference between inland and coastal cloud condensation nuclei (CCN) concentration regimes was found. While in the coastal environment the CCN concentration activated at 1.0% supersaturation was above 1000 cm-3 on average, the inland observations presented regimes that apparently depend strongly on the back trajectory of the air masses. When air masses arrived at the point of observation which previously had crossed large continental areas, the average concentrations were below 200 cm-3 at 1.0% supersaturation. When the air masses originated from marine environment, passing only over a shorter stretch of land surface, the concentration levels of CCN were about 950 cm-3. It was also observed that coastal CCN concentration showed a diurnal cycle. Daytime concentrations were about 1100 cm-3, but these values tend to double during the evening, reaching a maximum around 21 hours local time. In many occasions the observed concentrations reached more than 4000 cm-3 at 1.0% supersaturation. By contrast the observations further inland showed no evidence of a diurnal cycle. As a perspective to new measurements it would be important to include more instruments on the investigation. In this sense it is important to evaluate chemical composition to determine chemistry sources involved on the aerosol sampled and also equipments able to show lower size particles distribution.

35 Study of DSD variability according to the type and phase of precipitating system IZABELLY CARVALHO DA COSTA

36 Estudo da Variabilidade do Espectro de Gotas de Acordo com o Tipo e a Fase do Sistema Precipitante Izabelly Carvalho da Costa 1 Luiz Augusto Toledo Machado 2 1. Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais - CEMADEN 2. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE izabelly.costa@cemaden.gov.br, luiz.machado@cptec.inpe.br Resumo Há uma grande variabilidade do espectro de gotas em função do tipo de precipitação, estratiforme, nuvens quentes e convectiva ou mista, ou em função do ciclo de vida do sistema precipitante (iniciação, maturação e dissipação). O comportamento, bem como o padrão dessa variabilidade, que normalmente pode ser ajustado através de uma distribuição do tipo Gama (Tokay et al., 1998), permite realizar uma modelagem estatística dos processos físicos no interior da nuvem, ajudar na parametrização de modelo com microfísica explicita e entender a evolução dos processos microfísicos no interior da nuvem. Com esse objetivo serão utilizados os dados de distribuição do tamanho de gotas dos disdrômetros (parsivel, joss e thies), instalados durante os experimentos do Projeto CHUVA, realizados em Fortaleza, Belém e no Vale do Paraíba e agrupa-los em função dos tipos de precipitação e da fase do ciclo de vida da célula precipitante e ajustada uma distribuição Gama. Os três parâmetros de ajuste da distribuição será estatisticamente determinada para as fases e tipos de nuvens. A determinação da fase de desenvolvimento em que se encontra o sistema precipitante será obtida a partir de saídas do Fortracc Radar. O Fortracc, discutido por Vila et al. (2008), é um modelo de detecção e rastreio de sistemas precipitantes utilizado para previsão de curto prazo, este modelo fornece previsões para 30, 60, 90 e 120 minutos. Inicialmente foi desenvolvido utilizando como dados de entrada a temperatura de brilho, do canal infravermelho, dos satélites da série GOES. Atualmente, tem sido adaptado para utilizar campos de refletividade do radar como entrada. Quando executado no modo diagnóstico fornece as famílias de sistemas com o ciclo de vida de cada uma.

37 Os tipos de nuvens serão determinados em função da classificação do radar (rainbown) e por técnicas que realizam a classificação em função dos perfis de refletividade e correlação cruzada das polarizações.

38 Determination of ZDR bias and its impact on classification of hydrometeors - JOJHY SAKURAGI

39 Determinação do viés do ZDR e seu impacto na classificação de hidrometeoros. Jojhy Sakuragi e Thiago Biscaro (jojhy.sakuragi, thiago.biscaro@cptec.inpe.br) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE Centro de Previsção de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais - DSA O radar banda X polarimétrico fornece uma grade gama de informações sobre os alvos, principalmente dos hidrometeoros quanto a: forma, tamanho, tipo, estado e densidade. A precisão dessas informações depende da qualidade do equipamento, material do radome e do defletor, mesma potência entre a onda polarizada na vertical e na horizontal e um perfeito funcionamento do receptor dessas ondas. Na prática, esse conjunto de qualidade é difícil de obter sendo necessário empregar parâmetros de controle para corrigir eventuais distorções das informações. Um dos parâmetros é determinar o viés do ZDR, diferencial de refletividade, que é a diferença entre o eco da onda polarizada na horizontal e da vertical. Portanto, o objetivo desse trabalho é calcular esse viés do ZDR e avaliar o seu impacto na classificação de hidrometeoros. A metodologia é fazer uma varredura azimutal com elevação de 90º para uma chuva fraca, este determinado pelo intervalo de refletividade (10 a 20 dbz) para vários eventos e calcular o viés médio. Se o radar estiver bem calibrado, esse valor dever ser em torno de zero (0 a ±0.1). Estabelecido o viés, esse valor é corrigido nos dados de ZDR e, em seguida, calculado a classificação de hidrometeoros. A metodologia aplicada determinou um viés de e o resultado foi uma classificação de hidrometeoros mais coerentes com as observações. A conclusão é que esta metodologia deve ser aplicada para a correção de todos os dados do Projeto Chuva.

40 CHARACTERIZATION OF STORM PROPERTIES DURING THE CHUVA EXPERIMENT IN THE PARAÍBA VALLEY - MARIA ANDREA LIMA

41 Characterization of Storm Properties During the CHUVA Experiment in the Paraíba Valley Ana Maria Gomes 1, Maria Andrea Lima 1*, Roberto Vicente Calheiros 1*,Jojhy Sakuragi 2, Carlos Frederico de Angelis 3, Izabelly Carvalho da Costa 3, Luiz Augusto Toledo Machado 2 1 Instituto de Pesquisas Meteorológicas - IPMet/UNESP 1* Pesquisador Voluntário do Instituto de Pesquisas Meteorológicas - IPMet/UNESP 2 Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos -CPTEC / INPE, 3 Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais - CEMADEN Abstract A field experiment was conducted during the summer season of in the Paraiba Valley area of the State of São Paulo as part of the CHUVA Project, with the objective to contribute to the knowledge of the cloud processes to reduce the uncertainties in precipitation estimation, mainly from warm clouds and, consequently, improving the knowledge of the water and energy budget and cloud microphysics. This research project will carry out studies on climate and physical processes by way of conventional and special observations in order to create a database that can describe the cloud processes of the main precipitating systems in Brazil. By combining and coordinating the available resources, it was possible to gather data, which not only characterize the storms, but also the environment in which they occur. The characteristics of rainstorms observed by the X-band Doppler radar during the Paraiba Valley Experiment phase are being evaluated to determine the large-scale organization of the storms, their frequency of occurrence and spatial distribution, as well as their history of size and intensity. A specialized software package, TITAN (Thunderstorm Identification Tracking And Nowcasting), which was developed at NCAR (National Center for Atmospheric Research) is deployed for the analysis. The radar data used are volume scans recorded every 5 minutes within the 100 km range of the radar. The storm in the analysis

42 is defined as a TITAN cell with 35 dbz reflectivity threshold over a volume exceeding 16 km 3. A total of 816 storms were detected for the analyzed twenty days in December Each radar echo was identified and tracked by TITAN throughout its lifetime, based on the threshold selected for the identification of convective storms and the results reflect a mean storm property for the studied period. On average, the motion of the cells has shown speeds of 14,8 9,6 km/h with prevailing movement from NNW to SSE and a lifetime spawning between 1 and 5 hours. The mean value of maximum echo height was 8,3 2.2 km amsl and the observed storms have reached heights of between 5,8 and 11,7 km amsl. It should be noted here, that for case studies of severe storms, the term echo top usually refers to the maximum height of the 15 or 10 dbz contour, while in this case the 35 dbz threshold was chosen to define the top of the echo cores.

43 Impact of aerosols on cloud dynamics - MICAEL AMORE CECCHINI

44 Abstract - I Workshop Científico do Projeto CHUVA IMPACTOS DOS AEROSSÓIS NA DINÂMICA DE NUVENS Micael Amore Cecchini O estudo dos aerossóis atmosféricos e de seus impactos no clima terrestre tem se tornado cada vez mais importante, uma vez que tal componente climática ainda é pouco conhecida e está associada a grandes incertezas (IPCC, 2007). Os aerossóis são definidos como materiais em suspensão no ar, sendo eles sólidos ou líquidos. Grande parte dos aerossóis são constituídos de poeira de solo suspendida pela ação dos ventos e pelo sal marinho emitido a partir dos oceanos. Além destas, também são fontes de aerossóis a queima de biomassa, de biocombustíveis e de combustíveis fósseis. As florestas emitem aerossóis para a atmosfera em forma de fungos, esporos, fragmentos de folhas e bactérias (Artaxo et al. 2006). Os vulcões são responsáveis por emitir uma grande quantidade de aerossóis na atmosfera ao entrarem em erupção. Aerossóis também podem ser formados secundariamente a partir da conversão de gases em partículas. Os efeitos dos aerossóis no clima terrestre são separados em duas categorias: os efeitos diretos e os indiretos. Os aerossóis afetam diretamente o clima ao interagir (absorção e espalhamento) com a radiação eletromagnética tanto no espectro solar quanto no terrestre (McCormick e Ludwig, 1967; Haywood e Boucher, 2000). Esta interação impacta tanto no balanço radiativo em superfície, alterando a quantidade de radiação disponível para, por exemplo, a fotossíntese e os processos de convecção, quanto no perfil vertical de temperatura troposférica, associado à instabilidade local. Os efeitos indiretos dos aerossóis no clima ocorrem a partir da interação destes com as nuvens. Parte do particulado atmosférico é higroscópico, ou seja, capaz de adsorver a água à sua superfície, podendo formar gotas de nuvens. Partículas que crescem pela condensação da água sobre sua superfície e formam gotas de nuvens estáveis são conhecidas como Núcleos de Condensação de Nuvens (ou Cloud Condensation Nuclei, CCN, como são referidas na bibliografia). O processo de transformação dos aerossóis em CCN foi primeiramente descrito por Köhler (1936) e posteriormente modificado por Petters e Kreidenweis (2007). A concentração de CCN impacta diretamente na concentração de gotas das nuvens, alterando tanto sua refletividade quanto seu tempo de vida (Haywood e Boucher, 2000; Warner, 1968; Twomey, 1974; Albrecht, 1989;). Estima-se que maiores concentrações de CCN aumentam a quantidade de gotas, refletindo em um aumento no albedo das nuvens. Por outro lado, com quantidade de vapor constante, o maior número de gotas reflete em menores tamanhos das mesmas, podendo suprimir a precipitação e aumentar o tempo de vida das nuvens. Os aerossóis também podem impactar a dinâmica de nuvens frias, atuando como nucleadores de gelo. Neste caso, intensificariam a liberação de calor latente ao favorecerem o congelamento, levando a uma intensificação dos processos de precipitação. No entanto, os efeitos dos aerossóis nas nuvens ainda são pouco compreendidos e novos estudos são necessários para este fim.

45 Study of ice water path (IWP) content on clouds based on the life cycle using passive microwave sensors - RAMON CAMPOS BRAGA

46 ESTUDO DO SEU CONTEÚDO DE GELO DAS NUVENS EM FUNÇÃO DO CICLO DE VIDA UTILIZANDO SENSORES EM MICROONDAS PASSIVAS RESUMO O conteúdo total de gelo em nuvens possui uma influência marcante sobre a taxa de precipitação na superfície, sobretudo em se tratando de nuvens convectivas de grande desenvolvimento vertical. Evidencia-se que a série de satélites NOAA (National Oceanic and Atmosferic Administration) dotados de sensores no espectro de microondas apresenta-se como uma importante ferramenta para estimativa da precipitação na superfície. Este trabalho objetiva, inicialmente, o estudo da relação entre o conteúdo total de gelo em nuvens (IWP) e as correspondentes taxas de precipitação (RR) na superfície terrestre, a partir de informações obtidas dos sensores AMSU-B (Advanced Microwave Unit B) e MHS (Moisture Humidity Sounder), em comparação com dados provenientes de radar meteorológico, nas fases de desenvolvimento, maturação e dissipação de nuvens precipitantes. Utilizando um modelo genérico de transferência radiativa, é feita a inferência do IWP e do diâmetro efetivo das partículas (De), utilizando dados dos sensores AMSU-B e MHS. O algoritmo é baseado somente no efeito de espalhamento radiativo proveniente dos canais de alta freqüência 89 GHz e 150 GHz (157GHz para MHS) dos sensores AMSU-B e MHS. Para efeito de avaliação do modelo utilizado, foram tratadas séries de dados de radar meteorológico banda-x provenientes do PROJETO CHUVA (Cloud Processes of the Main Precipitation Systems in Brazil: A Contribution to Cloud Resolving Modeling and to the Global Precipitation Measurement) resultantes de experimentos nas cidades de Belém, Fortaleza e São José dos Campos. Na seqüência deste trabalho, está prevista a continuidade dos estudos sobre a estimativa do IWP, agora, a partir de um conjunto de dados proveniente do sensor SSMI/S (Special Sensor Microwave Imager/Sounder), nas frequências 91GHz e 150GHz, instalado em satélites DMSP (Defense Meteorological Satellite Program), utilizando a mesma metodologia do algoritmo AMSU-B/MHS. Os resultados das inferências de IWP com os sensores dos satélites NOAA e DMSP serão comparados para sistemas convectivos e estratiformes precipitantes.

47 Black carbon effects on Amazon Precipitation - WEBER ANDRADE GONÇALVES

48 BLACK CARBON EFFECTS ON AMAZON PRECIPITATION Using data from a Band-S ground radar with measurements of Black Carbon and atmospheric profiles of temperature and humidity, the authors studied the relationship between precipitation and anthropogenic aerosols in the Amazon Forest heart (Manaus-AM) in Brazil for The study starts with general characteristics of precipitation in the region: sazonality and topographic association. The more intense precipitation rates were found in the second semester (dry period), which coincides with the higher values and day by day variation of CAPE, obtained by the atmospheric thermodynamic profiles. Although the region do not presents high topography (maximum 160 m), some interesting features were observed. It was found that during the dry period most of the precipitation occurs in elevated areas (>= 100m), in other hand, for the first semester (rainy period) the precipitation occurs homogeneously. For the analysis of the black carbon influence over precipitation, two main considerations were made. The first one was the year division in two periods, one with lower and the other with higher aerosol concentrations (which coincides with rainy and dry periods). The second consideration was to analyze the black carbon influence for different atmospheric instability degrees. CAPE values were used to achieve this purpose. Between all possible combinations only during the dry period for an unstable atmosphere the black carbon concentration influenced the increase of precipitation, what can be associated with the micro-physical aerosol effect. For the other combinations, the radiative affect was dominant. This result highlights that the atmospheric instability is very important to determine the black carbon influence.

49 Using commercial microwave ground links to improve severe storm nowcasting- ANDRE RODRIGUES GONCALVES

50 PARTICIPAÇÃO SEM APRESENTAÇÃO DE TRABALHO Using commercial microwave ground links to improve severe storm nowcasting André Rodrigues, Marcelo Miacci, Ianuska Oliveira, Leonardo Gouvêa, Paulo Carvalho CEMADEN - Centro Nacional de Monitoramento e Alerta de Desatsres Naturais Severe storm nowcasting provides important information for the monitoring of floods and landslides, while commercial microwave links comprise a dense network for mobile communication purposes mostly over urban areas. Since these microwave signals are susceptible to attenuation due to rainfall intensity, this could be used as a tool for severe storm nowcasting. This approach has the advantages of lower data processing delay (almost real-time) and higher frequency of acquisition when compared to radar or satellite products. Despite the fact that the spatial resolution is limited to link length, these data could be combined with radars and/or rain gauges to improve the accuracy of information. On the scope of activities of the Brazilian for Natural Disasters Monitoring and Warning Center (CEMADEN) it is planned to investigate the relations between the signal attenuation of microwave ground links and rainfall intensity using data gathered from CHUVA experiments, in order to develop an operational tool for severe storm nowcasting.

51 Potential collaboration between a Research and Development Project for severe weather in the La Plata Basin and the CHUVA experiment. - CHRISTOPHER CUNNINGHAM

52 Potential collaboration between a Research and Development Project for severe weather in the La Plata Basin and the CHUVA experiment. High-impact weather has significant impact on society, the economy and the environment. Weather events account worldwide for approximately two thirds of the natural disasters in the form of floods, windstorms, slides (e.g., primarily mud slides and avalanches induced by precipitation), extreme temperatures, and wild fires (typically associated with high winds, low humidity and high temperatures). The La Plata Basin is the second largest basin in South America and fifth in the world. This basin encompasses five countries: Argentina, Bolivia, Brazil, Paraguay and Uruguay, with a population surpassing 200 millions. Frequently, severe storms leading to floods, wind gusts and landslides overrun this region, causing material damages and loss of life. Unfortunately, several aspects of weather systems in this region, such as their life cycle, microphysical processes and scale interactions are not yet fully captured by the atmospheric models. Improvement of models performance in the Plata Basin is required in order to capture the initiation, position, intensity and duration of synoptic features leading to severe weather events. Given this lack of comprehensive understanding about the processes that determine severe weather events in the La Plata Basin, CPTEC is working on a prototype of a Research and Development Project (RDP) to advance the knowledge concerning high-impact weather on the La Plata Basin, and revert results to society. Participation in the CHUVA workshop aims to present the main aspects of the La Plata Basin RDP (LPB-RDP) and to propose/investigate ways of cooperation between the LPB-RDP and CHUVA projects.

53 Mesomovel Project: Convective storm interception with a portable weather station surface - ERNANI DE LIMA NASCIMENTO

54 1o Workshop Científico do Projeto Chuva. 24 e 25 de maio de 2012, São José dos Campos/SP. Projeto Mesomóvel: interceptação de tempestades convectivas com uma estação meteorológica portátil de superfície. Ernani L. Nascimento*, Diogo Machado Custódio** e Otávio Costa Acevedo* *Programas de Graduação e Pós-Graduação em Meteorologia ** Programa de Pós-Graduação em Meteorologia Departamento de Física, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria/RS, Brasil. ernani.nascimento@smail.ufsm.br; diogocustodio@gmail.com; otavio@ufsm.br Observações atmosféricas de alta qualidade representam uma das espinhas dorsais para qualquer atividade a ser realizada em meteorologia, seja ela de caráter acadêmico ou operacional. Neste contexto, um dos grandes desafios para a meteorologia de mesoescala é que muitos fenômenos que ocorrem nesta escala de movimento são de difícil detecção pelos sistemas de observação considerados convencionais. Isto é particularmente verdadeiro para aqueles fenômenos de escala meso-gama (segundo classificação de ORLANSKI 1975) a qual compreende uma escala espacial característica de 2 a 20 km na horizontal e escala temporal característica da ordem de 60min ou menos. Nesta escala incluem-se, por exemplo, as tempestades convectivas de natureza local, algumas capazes de produzir fenômenos de curta duração mas de alto impacto sócio-econômico como altas taxas de precipitação, rajadas de vento destrutivas e grandes pedras de granizo. Para preencher esta lacuna observacional comumente são empregados os sistemas de sensoriamento remoto da atmosfera (SSR) que permitem o monitoramento praticamente contínuo e em alta resolução de fenômenos convectivos de mesoescala (p.ex., VILA et al., 2008; HAN et al., 2009). Apesar da importância fundamental dos SSR em sanar esta deficiência observacional, eles não fornecem informações a respeito do que acontece de fato no nível de superfície. Assim, poder realizar, por exemplo, a confrontação entre dados coletados em superfície no setor mais intenso de uma tempestade e os campos de refletividade informados por radares meteorológicos é de grande valor científicooperacional. Outro aspecto-chave relacionado à observação in situ de fenômenos convectivos locais é o fato de que a previsão numérica do tempo conta hoje com poder computacional suficiente para se executar modelos em modo operacional com alta resolução (i.e., com espaçamento horizontal de grade menor que 5 km). Para isto, são necessários modelos numéricos não-hidrostáticos que representam a convecção profunda de maneira explícita, o que promove uma demanda substancial por esquemas de parametrização de microfísica de nuvens (MN) cada vez mais elaborados e realistas (p.ex., MILBRANDT e YAU 2005). Os processos de MN dentro de tempestades originam e modulam (e/ou influenciam) diversos fenômenos convectivos importantes como a taxa de precipitação líquida e sólida, piscinas de ar frio, mesoaltas e mesobaixas, frentes de rajada, tornados, etc... (YOUNG e HOUZE, 1995; GILMORE et al., 2004; JAMES et al., 2006; SNOOK e XUE, 2008; DAWSON et al., 2010; entre outros) Em particular, podemos citar a piscina de ar frio, que é uma estrutura de origem convectiva cujas morfologia e intensidade desempenham um papel crucial na evolução dinâmica dos eventos convectivos, com implicações substanciais na previsibilidade do tempo em mesoescala (STENSRUD et al., 1999). Assim sendo, a verificação quantitativa da simulação numérica de tempestades em alta resolução (e, por conseguinte, a avaliação dos próprios esquemas de MN) têm muito a ganhar com a existência de um conjunto de dados de boa qualidade documentando a natureza e magnitude dos fenômenos convectivos de camada sub-nuvem (p.ex., ENGERER et al., 2008), especialmente no setor onde eles são mais intensos. Entre os dias 3 e 6 de fevereiro de 2012 ocorreu, no estado do Rio Grande do Sul, a principal campanha de interceptação de tempestades do Projeto Mesomóvel até este momento. Neste período um total de 4 tempestades convectivas foram interceptadas com sucesso, amostrando-se suas respectivas piscinas de ar frio e frentes de rajada. Os resultados destas interceptações, assim como os desafios logísticos encontrados e as estratégias de previsão de tempo e nowcasting empregadas, serão discutidos durante o workshop. Os resultados obtidos até este momento já são suficientes para demonstrar que a utilização de uma estação meteorológica móvel de superfície na interceptação de fenômenos

55 convectivos de pequena extensão espacial e de curta duração é factível no Brasil. Mais importante, os dados levantados durante as campanhas de interceptação de tempestades são de qualidade apropriada para utilização no âmbito científico. No andamento desta pesquisa fica claro também que o Projeto Mesomóvel aborda questões que transcendem a questão logística da interceptação per se, e envolvem procedimentos de previsão de tempo a muito curto prazo e nowcasting que ainda são pouco praticados no Brasil. Assim, o know-how obtido com o Projeto Mesomóvel tem caráter multifacetado dentro da meteorologia de mesoescala. Durante o Projeto CHUVA na região central do estado do Rio Grande do Sul, esta estratégia observacional adaptativa será colocada em prática em adição às demais plataformas observacionais a serem instaladas. Relationship between precipitation events and the ocurrence of cyanobacteria blooms in brazilian reservoirs - LUCIANA DE RESENDE LONDE

56 RELATIONSHIP BETWEEN PRECIPITATION EVENTS AND THE OCURRENCE OF CYANOBACTERIA BLOOMS IN BRAZILIAN RESERVOIRS Investigator: Luciana de Resende Londe Institution: Centro Nacional de Prevenção e Alertas de Desastres Naturais-CEMADEN Abstract: Brazilian lakes and reservoirs are often subject to eutrophication and to cyanobacteria blooms and it s known from scientific literature that precipitation events are strongly related to those phenomena. Cyanobacteria produce cyanotoxins that may cause stomach diseases, allergies, skin irritation and dermatitis. Furthermore, cyanotoxins exposure through drinking water induces to long term effects such as tumor promotion and liver damage. Cyanobacteria abundant growth has impacts on the fisheries industry, tourism and recreational activities and in the use of water for irrigation purposes. An additional problem is that cyanotoxins are not removed by regular drinking water treatment processes. Currently monitoring of cyanobacteria blooms in water bodies is made through laboratory analysis and some researchers have been testing the use of remote sensing techniques to support their identification and to provide their spatial positioning. However these approaches are not appropriate for predictive matters, as both laboratory analysis and remote sensing measurements can only identify the final stages of blooming processes. Considering that there are evidences that the blooming process is closely related to specific weather conditions, the proposed work aims to promote an analysis of the effects of precipitation on the reservoir conditions, as a first step to develop a mathematical model using meteorological and limnological data to estimate risks of new bloom occurrences.

57 Hydrological Nowcasting: MGB-INPE for forecasting Flash Floods in the basins of the mountainous region of Rio de Janeiro - LUIZ CARLOS SALGUEIRO DONATO BACELAR

58 Nowcasting Hidrológico: MGB-INPE para Previsão de Flash Floods em bacias da Região Serrana do Rio de Janeiro BACELAR, Luiz Carlos Salgueiro Donato ¹. TOMASELLA, Javier.² ¹Bolsista DTI-C, Pesquisador em Hidrologia, Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais ² Coordenador de Pesquisa, Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais RESUMO: Apontada como um dos maiores cenários de catástrofes naturais do país, a região serrana do Rio de Janeiro vem vitimando milhares de pessoas devido à ocorrência de eventos hidrometeorológicos extremos. Os flash floods estão entre os mais destrutíveis tipos de desastres naturais, e de acordo com a Organização Meteorológica Mundial (OMM), é a forma mais letal de ameaça natural, baseado na razão de pessoas atingidas. Isso porque os flash floods são eventos de curta escala de tempo com uma alta vazão de pico, por isso podem ser considerados uma ameaça a população quando ocorrem em áreas vulneráveis. De acordo com o último Flash Flood Early Warning System Reference Guide (2010), elaborado pelo National Oceanic and Atmospheric Administration, um modelo distribuído, se propriamente calibrado e com uma boa resolução e estimativa de precipitação por radar meteorológico, pode potencialmente prever estágios de fluxo específicos, pois o escoamento estaria sendo modelado na mesma escala da tempestade convectiva, o que é muito importante para a previsão de flash floods. O objetivo principal do trabalho é oferecer ao operador hidrólogo do Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (CEMADEN), a estimativa de vazão, dos principais rios e córregos dos municípios de Petrópolis, Teresópolis e Nova Friburgo, em tempo real - nowcasting. Para isso será utilizado o Modelo de Grandes Bacias (MGB-INPE), contando com dados provenientes de estações hidrometerológicas in situ, da Agencia Nacional de Águas

59 (ANA), Instituto de Meio Ambiente (INEA), Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e de estimativas do campo espacial da precipitação provenientes do Radar Meteorológico Pico do Couto (Departamento de Controle do Espaço Aéreo). Para a preparação dos dados de modelos numéricos de terreno será utilizado o software TerraViewHidro-INPE. Após a calibração e validação do modelo hidrológico distribuído para a região serrana, pretende-se criar um Alerta de Limiares de Enxurrada, constituindo curvas de precipitação versus escoamento, necessários para o desencadeamento dos processos de flash floods. Com a utilização dos liminares de enxurrada, será possível quantificar os eventos de acordo com as características físicas levadas em conta no modelo. Preliminary Studies of GNSS applications to precipitation nowcasting - LUIZ FERNANDO SAPUCCI

60 PRELIMINARY STUDIES OF THE APPLICATION OF GNSS TO PRECIPITATION NOWCASTING Authors: Luiz Fernando Sapucci Luiz Augusto Toledo Machado Izabelly Carvalho Filiation: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), Rodovia Presidente Dutra, km 40, , Cachoeira Paulista - SP, Brazil (luiz.sapucci@cptec.inpe.br). ABSTRACT The presence of water vapor along the path traversed through the atmosphere by the signal from satellites of the Global Navigation Satellite System (GNSS) constellation to the groundbased receivers causes a delay in propagation which, for geodesic application, normally has to be minimized. However this delay, if estimated with relative precision, can be converted into

61 Integrated Water Vapor (IWV) values. The most important characteristics of these values are: good quality, high temporal resolution and minimum degradation arising from the influence of clouds, rain or other weather condition. The GNSS data collected during CHUVA campaigns have permitted the building of long and uninterrupted temporal series of IWV, which have made possible the study of the application of GNSS to precipitation nowcasting in very shortterm (smaller than 1 hour). This new GNSS application is based on the assumption that the IWV-GNSS series contain a signature in the signal that can be used to predict the occurrence of strong precipitation. The first analysis of GNSS data compared with precipitation measurements collected during the first CHUVA campaigns has been carried out. The aim of this work is to present the data set of IWV-GNSS values available to researchers involved with the CHUVA project and the preliminary results obtained in this first analysis. Emergency System for Monitoring and Prediction of Severe Storms - RAFAEL STOCKLER SANTOS LIMA

62 Sistema Emergencial para Monitoramento e Previsão de Tempestades Severas RESUMO R. Stockler, S. R. Freitas, N. Ferreira, J. G. M. Santos, R. M. Fonseca Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) / Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) / Grupo de Modelagem da Atmosfera e Interfaces (GMAI) Desenvolvimento de uma interface gráfica para execução do modelo BRAMS em alta resolução no contexto do Projeto ADAPT. Essa ferramenta foi desenvolvida para auxiliar de forma rápida a visualização do local em que poderá ocorrer uma tempestade severa. Desse modo facilita ao operador ao definição da grade, da resolução (1km x 1km) e do número de pontos se o local da rodada do modelo está no local da tempestade severa. A interface possibilita também o acompanhamento em tempo real da rodada em qual fase se encontra e execução e visualização do resultados das principais variáveis que são usadas para analisar se no local irá ocorrer alguma tempestade significativa. Palavras-chave: Projeto ADAPT, modelo BRAMS, previsão de tempo, tempestades severas.

63 Identification and evolution of severe systems based on information VIL and AML - WENDELL RONDINELLI GOMES FARIAS I Workshop Científico do Projeto Chuva Identificação e evolução de sistemas severos com base em informações de VIL e LMA W. R. G. Farias1, K. P. Naccarato2, I. C. Costa1 1. Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais -CEMADEN

64 2. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE A proposta deste trabalho é avaliar a eficácia na utilização de dados volumétricos de radar em conjunto com fontes eletromagnéticas em VHF detectadas pelos sensores LMA (Lightning Mapping Array) no monitoramento de sistemas severos. Dessa forma, serão estudados eventos ocorridos na área de cobertura do experimento CHUVA no Vale do Paraíba. Como produto volumétrico do radar será utilizado o VIL (Vertically Integrated Liquid) que é a estimativa do conteúdo de água líquida calculado a partir das 13 elevações verticais do radar, enquanto as fontes eletromagnéticas em VHF detectadas pela rede de sensores LMA são produzidas devido a atividade elétrica dentro das nuvens. Serão plotados em cada camada de VIL ambas as informações, com o objetivo de verificar o comportamento da atividade elétrica associado ao conteúdo de água líquida vertical e com isso identificar padrões de comportamento na evolução de sistemas severos com base nessas informações. Os mesmos testes serão reproduzidos para diferentes formas de cálculo do VIL, no método tradicional, todo o conteúdo nacoluna atmosférica é considerado apenas como água no estado líquido, enquanto no método alternativo a água na fase de gelo também é considerada.

65 Understanding different lightning detection technologies: A contribution from CHUVA- GLM field campaign - CARLOS AUGUSTO MORALES Precipitation properties observed during CHUVA Field Campaign C. Morales (1), L.A. Machado (2), C.F Angelis (2), M.A.F. Silva Dias (1), G. Fisch (3), I.C Carvalho (2), T.Biscaro (2), J. Sakuragi (2), J.R. Neves (1), E.M. Anselmo (1), and M. Lacerda (4) (1) University of Sao Paulo, Atmospheric Science, São Paulo, Brazil (morales@model.iag.usp.br), (2) Instituto de Pesquisas Espaciais - INPE, Cachoeira Paulista, Brazil, (3) Instituto de Aeronáutica e Espaço - IAE, CTA, São José dos Campos, Brazil, (4) Unversidade Federal do Mato Grosso do Sul, Campo Grande, Brazil

66 CHUVA is a Brazilian research program that seeks to depict the main precipitating systems observed in Brazil as a support for the Global Precipitation Measurement (GPM) mission. CHUVA is conducting a series of field campaigns in the time frame of to sample raining systems that vary from maritime to continental regime and in polluted and clean environments. For this study, we will present initially the drop size distribution (DSD) variability observed in the field experiments of Alcantara (March/2010), Fortaleza (April/2011), Belém (June/2011) and Vale do Paraiba (November- December/2011). Secondly, with the help of the mobile X-Band and MRR-2, we will show the DSD differences observed on warm and cold phase clouds, and convective and stratiform precipitation. Finally, by employing the vertical electrical field and lightning measurements together with the weather radar, we will present the main vertical precipitation features observed in thunderstorms and non thunderstorms, in addition to the different raining systems observed during the four field campaigns.

67 Microphysical and Electrical Characteristics of Precipitating Systems during CHUVA GLM-VALE Field Campaing: Preliminary Results - ENRIQUE VIEIRA MATTOS Características Microfísicas e Elétricas de Sistemas Precipitantes durante a Campanha CHUVA-GLM-VALE: Resultados Preliminares Este projeto tem como objetivo avaliar o impacto das propriedades polarimétricas de sistemas precipitantes na eletrificação das nuvens. Dentro do Projeto CHUVA o atual trabalho compôem a quarta campanha, a qual foi realizada na cidade de São José dos Campos e região entre

68 Novembro de 2011 e Janeiro de 2012 denominada de Cloud precipitation processes of the main systems in Brazil: A Contribution to Resolving cloud modeling and to the GPM (Global Precipitation Measurement) (CHUVA) projeto denominado CHUVA-Geostationary Lightning Mapper-Vale do Paraíba. A compreensão de como as nuvens tornam-se eletrificadas esta sendo permeada empregando-se como base os dados de radar polarimétrico banda X, rede em três dimensões de descargas elétricas (Lightning Mapper Array, LMA) e rede de relâmpagos nuvem-solo (Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas, Rindat). As primeiras análises consistiram do levantamento da distribuição espacial e temporal das ocorrências de fontes de VHF e intensidade provenientes da rede LMA e dos registros de relâmpagos NS positivos e negativos e pico de corrente da rede Rindat. O ciclo diurno mostrou um típico máximo de atividade elétrica intra-nuvem e nuvem-solo durante o final de tarde e início da noite, característicos das tempestades tropicais. A evolução mensal da atividade elétrica apresentou mais alta intensidade durante o mês de janeiro, com ocorrência pronunciada sobre a parte oeste do radar. Baseado nestas características a parte oeste do radar compreendida entre 15 e 20 km foi assegurada para conter uma moderada eficiência de deteção da rede LMA e abrangendo todas as elevações do radar. Após esta pré-análise, foco esta sendo dado a parte principal da pesquisa que é avaliar o impacto da estrutura tridimensional dos sistemas precipitantes na eletrificação das nuvens. Esta estapa esta sendo realizada através da construção de perfis médios das variáveis polarimétricas Refletividade Horizontal (dbz), Refletividade Diferencial (Z DR ), Fase diferencial Específica (K DP ) e Coeficiente de Correlação (ρ HV ) e fontes de VHF. A classificação destes perfis em estatiforme e convectivo e a análise dos campos médios das variáveis polarimétricas e elétricas possibilitarão estabelecer padrões e um modelo conceitual da relação entre o tipo e caracterísiticas das partículas de gelo e as propriedades elétricas dos sistemas precipitantes, como quantidade e intensidade das descargas elétricas, altura e disposição dos centros de cargas elétricas.

69 Investigating the relation between the electrical vertical field and the drop size distribution (DSD) - EVANDRO ANSELMO MOIMAZ Investigating the relation between the electrical vertical field and the drop size distribution Anselmo E. M., Minhoto W., Morales C. A. Abstract

70 Based on the Belem Field Campaign this work is investigating the relation of the vertical electrical field at the surface on the presence of raining and non-raining clouds and thunderstorms. For this particular study, we used the Micro Rain Radar and the Field Mill at Outeiro during july 6 th, Based on a dipole and tripole charge structure over the thunderstorm, we estimate the vertical electrical field observed in the presence of rain assuming the maximum charge possible carried by the precipitation, according to the Rayleigh charge limit that a rain drop can carry without breaking out.

71 UPWARD LIGHTNING IN BRAZIL: first results - MARCELO MAGALHÃES FARES SABA UPWARD LIGHTNING IN BRAZIL First Results Marcelo M. F. Saba 1, Carina Schumann¹, Jeferson Alves¹, Alexandre Augusto R. Carvalho Jr. 1, Diovane R. Campos¹, Tom A. Warner², Carlos A. Morales 3, Rachel Albrecht 1 1. National Institute for Space Research INPE Sao Jose dos Campos, Brazil 2. Dept. of Atmospheric and Environmental Sciences, South Dakota School of Mines and Technology, Rapid City, SD, USA 3. Instituto de Astronomia e Geofísica IAG - USP

72 Observations of upward lightning from tall objects have been reported since Interest in this subject has grown recently, some of it because of the rapid expansion of wind power generation. Also, with the increasing number of tall buildings and towers, there will be a corresponding increase in the number of upward lightning flashes from these structures. Reports from recent field observations are beginning to address the nature of upward lightning initiation, but much still needs to be learned. Examples are studies of upward lightning from towers in winter thunderstorms in Japan (Wang and Takagi, 2010; and Lu et al., 2009) and summer thunderstorms in Europe (Miki et al., 2005; Flache et al., 2008; and Diendorfer et al., 2009; Zhou et al., 2011) and in North America (Mazur and Ruhnke, 2011; Hussein et al., 2011; Warner, 2011, and Warner et al., 2011). This paper describes the first results of a field campaign to study upward lightning for the first time in Brazil. A combination of high-speed video and standard definition video were used to record upward lightning flashes from multiple towers in Sao Paulo, Brazil, a city located in southeastern Brazil with a population over 10 million people, an average elevation of around 800 meters above sea level, and a flash density of 15 flashes/km 2 /year. Observations of 15 upward flashes made with these assets were analyzed along with BrasilDAT Lightning Detection Network and a lightning mapping array (LMA). structure of large-charge-moment positive lightning strokes in a mesoscale convective system. Geophys. Res. Lett., 36, L15805, doi: /2009gl Mazur, V., and L. H. Ruhnke, 2011: Physical processes during development of upward leaders from tall structures. J. Electrostatics, 69, Wang D., and N. Takagi, Y. Takaki, 2010: A comparison between self-triggered and othertriggered upward lightning discharges. Proceedings of the 30th International Conference on Lightning Protection, Sep 13-17, Cagliari, Italy. Warner, T. A., 2011: Observations of simultaneous upward lightning leaders from multiple tall structures. J. Atmos. Res., doi: /j.atmosres (In press) Warner, T. A., K. L. Cummins, and R. E. Orville, 2011: Comparison of upward lightning observations from towers in Rapid City, South Dakota with National Lightning Detection Network data - preliminary findings. Proceedings of the 3rd International Symposium on Winter Lightning, Jun 13-15, Tokyo, Japan. REFERENCES Diendorfer, G., H. Pichler, and M. Mair, 2009: Some Parameters of Negative Upward-Initiated Lightning to the Gaisberg Tower ( ), IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 51, no. 3, pp Flache, D., V. A. Rakov, F. Heidler, W. Zischank, and R. Thottappillil, 2008: Initial-stage pulses in upward lightning: Leader/return stroke versus M-component mode of charge transfer to ground. Geophys. Res. Lett., 35, L13812, doi: /2008gl Hussein, A. M., M. Milewski, and W. Janischewskyj, 2011: Characteristics of CN Tower lightning flashes based on high-speed imaging system records. Proceedings of the 3rd International Symposium on Winter Lightning, Jun 13-15, Tokyo, Japan. Lu, G., S. A. Cummer, J. Li, F. Han, R. J. Blakeslee, and H. J. Christian, 2009: Charge transfer and in-cloud

73 Preliminary results of the electric charge structure inside a thunderstorm during CHUVA GLM-VALE Field Campaign. - MOACIR LACERDA Preliminary results of the electric charge structure inside a thunderstorm during CHUVA GLM-VALE Field Campaign.

74 Moacir Lacerda 1, Carlos Augusto Morales Rodriguez 2, Evandro Moimaz Anselmo 2, João Ricardo Neves 2, Robson Jaques 1, Eduardo Fernando Gomes 2 1 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul Centro de Ciências Exatas e Tecnologias, Pós Graduação em Tecnologias Ambientais -UFMS-CCET-PGTA 2 Universidade de São Paulo Instituto de Astronomia Geofísica e Ciências Atmosféricas USP- IAG Abstract During the CHUVA GLM-VALE field campaign, a dense network composed of 4 field mills (1.5 x 1.5 km) was deployed in the CTA/INPE dependences (BINFA, Pequenópolis, Airport and Meteorologia/INPE) to measure continuously the vertical electrical field. During November 29 th, 2011, a thunder cloud displaced over the network and both radar and electrical field measurements were available to depict its electrical structure. In this study, the inverse problem of Coulomb's law was solved to retrieve the charge distribution (position and magnitude of electric charges) inside the thunderstorm. After the calculations, the charges are used to compute the observed electrical field at the ground to verify the solutions. The inversion problem showed that the cloud had an inverted dipole with electric charges varying between -13 C and -78 C (from 4,800 to 7,900 m), and 15 C up to 54 C (from 2,800 to 5,000) for negative and positive centers respectively. This vertical charge structure represented consistently the temporal evolution of the observed electrical field. 1.Introduction. Field mill networks have been employed to depict the electrical cloud structure (Jacobson and Krider, 1976, Livingston and Krider, 1978, Koshak and Krider, 1989; Lacerda et al. (2010), although it is retrieval is not trivial (Monteiro Junior, 2011) and requires the use of other instruments and sophisticated mathematical tools. The use of Coulomb s law is an obvious way to study such structure (Macgorman and Rust, 1998, Stolzenburg and Marshall, 1994) but the main difficulty is the existence of multilayer of electric charges inside the cloud and the precise localization of such structures (Stolzenburg and al., 1998a, b and c). For this study, we used a network of field mills combined with the CHUVAL XPOL meteorological radar to feed the inverse problem theory to estimate the locations and magnitudes of electric charges centers inside the thundercloud (Tarantola, A., 1987). 2. Methodology and Results

75 To retrieve the vertical charge structure of a thunderstorm, we have applied the inverse problem to the Coulomb s law, where the vertical electrical field is supplied by a ground surface and the charge center positions from rain features observed on the radar data. To constrain the retrieval method, we have used electrical field measurements from 4 sensors network that defined a polygon of 1.5 x 1.5 km, Table 1, and the probable position of the charge centers were defined by the locations we had radar reflectivity values above 40 dbz. Figure 1 shows the radar reflectivity echoes from a PPI at 19:54 UTC on November 29 th, Figure 1. Radar reflectivity image for XPOL PPI on November 29th, 2011 at 19:54 UTC. The location of the XPOL and BIN, PEQ, MET e AER field mills are also displayed in the map Table 1. Field Mill locations Site - name latitude longitude instrument Meteorologia (INPE) - met Campbell Batalhão e Infantaria da Aeronáutica (BINFA)- bin Boltek Aeroporto - aer Boltek Pequenópolis - peq USP-UFMS For each radar image, we selected the position with more than 40 dbz and then we varied the vertical charge centers from 2,000 to 10,000 meters. For each combination, we computed the electrical field by varying the charge magnitude and distribution (in our case we chose the dipole configuration), and then comparing with the field mills. During this optimization process, we selected the solutions that presented the lowest different between the electrical field computed and observed (Tarantola, 1987).

76 E (V/m) (a) Airport (b) BINFA Electric Field (Aeroporto) E3 (V/ m)_aer E3calcaer hour (decimal) (c) Pequenópolis Figure 2: Electrical field measured (blue) against retrieved (purple points) over the sites of Airport (a), BINFA (b) and Pequenópolis (c). These results found show some resemblance between the observations and calculations, although some discrepancies that could arise from the complexity of the thunderstorm and most important the number of sensors that ideally would be 6 field mills. Based on these solutions, it was possible to find an inverted dipole that had a negative charge of -13 C and -78 C distributed between 4,800 and 7,900 meters, and a positive region varying from 15 C to 54 C at 2,800 and 5,000 meters. 3. References Jacobson, E. A., Krider, E. P., Electrostatic Field Changes Produced by Florida Lightning, Journal of Geophysics Research, p. 103, jan Koshak, W. J., Krider, E. P., Analysis Of Lightning Field Changes During Active Florida Thunderstorms, Journal of Geophysical Research,V. 94, N. D1, p.p , Jan, 1989

77 Lacerda, M., Jaques, R., Rodriguez, C. A. M., Anselmo, E. M., Fritzen, C. L., Paro, J. C., Fernandes, W. A, Dias, W. M. Research of electrical structure of a thundercloud over São Paulo city by using Field Mill records, Radar data and lightning localization system (LLS). In: Ground and Earthing & 4 th LPE, 2010, Salvador. Livingston, M. J., Krider, E. P., Electric Fields Produced by Florida Thunderstorms, Journal of Geophysical Research, Vol 83, n. C1, jan MacGorman, D. R.; Rust, W. D. The electrical nature of storms. Oxford, Oxford University, p. Monteiro Junior, H. L. SIMULAÇÃO DO PERFIL DO CAMPO ELÉTRICO E O CÁLCULO DO PROBLEMA INVERSO EM NUVENS ELETRICAMENTE CARREGADAS, COM ESTRUTURAS TRI E QUADRIPOLARES, dissertação de mestrado, Campo Grande, out Stolzenburg, M., Marshall, T. C., Testing models of thunderstorm charge distributions with Coulomb, s law, Journal of Geophysical Research,V. 99, N. D12, p.p , Dec, Stolzenburg, M., W. D. Rust, B. F. Smull, and T. C. Marshall (1998a), Electrical structure in thunderstorm convective regions 1. Mesoscale convective systems, J. Geophys. Res., 103 (D12), 14,059 14,078, doi: /97jd Stolzenburg, M., W. D. Rust, and T. C. Marshall (1998b), Electrical structure in thunderstorm convective regions 2. Isolated storms, J. Geophys. Res., 103 (D12), 14,079 14,096, doi: /97jd Stolzenburg, M., W. D. Rust, and T. C. Marshall (1998c), Electrical structure in thunderstorm convective regions 3. Synthesis, J. Geophys. Tarantola, A., Inverse Problem Theory, methods for data fitting and model parameter estimation, Elsevier, Acknowledgment. To CNPq for financial support Proj / To FAPESP projeto CHUVA, 2009/ To Marco Antonio Ferro (IAE), Carina Schumann (INPE) and Coronel da Aeronáutica Peres, Sgt. Aleixo, Sgt. Faustino (BINFA) and all personnel of CTA and INPE that helped us during installation and operation of network.

78 Case study of an amazonian squal line using data's campaign Chuva in Belém - CLÊNIA RODRIGUES ALCÂNTARA ESTUDO DE CASO DE UMA LINHA DE INSTABILIDADE AMAZONICA UTILIZANDO DADOS DA CAMPANHA CHUVA-BELEM Clenia R. Alcantara1, Julia C. P. Cohen2, Enio P. Souza1, Maria A. F. Silva Dias3

79 ¹Universidade Federal de Campina Grande - UFCG, Departamento de Ciências Atmosféricas, Aprígio Veloso, 882,Bloco CL, Bodocongó, Campina Grande - PB. clenia@dca.ufcg.edu.br, esouza@dca.ufcg.edu.br; ²Universidade Federal do Pará - UFPA, Instituto de Geociências, Faculdadede Meteorologia, Rua Augusto Corrêa, nº 1, Guamá, Belém - PA. jcpcohen@ufpa.br; ³Universidade de São Paulo - USP, Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas - IAG, Rua do Matão, 1226, Cidade Universitária, São Paulo - SP. mafdsdia@model.iag.usp.br. As linhas de instabilidade (LI) amazonicas que se formam na costa norte do Brasil chamam atencao por suas dimensoes, mas principalmente, por que algumas delas conseguem propagar continente adentro por varios quilometros sem perder suas caracteristicas principais. Elas sao responsaveis por cerca de 40% dos totais de precipitacao da regiao e pelo pico secundario observado no periodo noturno na região sul da bacia amazonica. Tambem sao bastante eficientes no transporte de momento, energia e umidade para os altos niveis da atmosfera. Mesmo com tanto destaque e reconhecida importancia, ainda sao pouco estudadas e um conjunto de dados observados que consiga descrever suas principais caracteristicas, ainda sao raros. Eis a importancia de se ter experimentos de campo como os realizados no Projeto CHUVA - Belem (Cloud processes of the main precipitation systems in Brazil:A contribution to cloud resolving modeling). Este teve como objetivos reduzir as incertezas na estimativa da precipitacao e progredir no conhecimento dos processos de nuvens, principalmente das nuvens quentes. Desta forma, estao sendo realizados experimentos de campo em sete sitios com diferentes padroes climaticos, para estudar os regimes de precipitacao no Brasil. A cidade de Belem no Estado do Para foi um deles. Esses experimentos utilizaram radar polarimetrico, lidar, radiometro de microonda, disdrometros, radiosondas e varios outros instrumentos (Battaglia et al., 2011), permitindo a construcao de um conjunto de dados unico e pelo qual foi possivel observar varias linhas de instabilidade no periodo em que permaneceu em funcionamento (01 a 30 de junho de 2011) nesta regiao. Assim, pretende-se analisar um casode linha de instabilidade formada no dia 23 de junho de 2011 durante o experimento CHUVA Belem. O intuito e entender um pouco mais das caracteristicas, dinamica e cinematica destes sistemas, preenchendo algumas lacunas no entendimento quando a sua formacao, desenvolvimento, manutencao e propagaçao. Os dados utilizados neste trabalho foram imagens de satelite GOES, CAPPI e RHI do Radar X - dual, dados da torre meteorologica instalado no sitio Outeiro e sondagens lancadas a cada 6 horas no sitio Tome Acu. Observando-se as imagens de satelite (Figura 1) foi possivel identificar a linha de instabilidade do tipo I, segundo classificacao de Cohen et al. (1995). Ela se propagou por, aproximadamente, 230 km e se estendeu desde o Maranhao ate o Amapa, atingindo um comprimento inicial em torno de 1060 km por 100 km. Surgiu de uma brisa maritima que se formou na costa as 1600 UTC. Esta brisa evoluiu para LI em torno das 1800 UTC e comecou a se propagar com direcao nordeste. Atingiu seu estagio de dissipacao em torno das 2130 UTC, de forma que seu tempo de vida foi de 6 h. O sistema entrou na area do Radar (Figura 2) por volta das 1704 UTC. As 1824 UTC, a LI se encontrava bem formada e organizada com nucleos de refletividade de 55 dbz ou aproximadamente 70 mm/h de intensidade. Foi composta de varias celulas organizadas em forma de linha, porem um pouco arqueada. Teve direcao de nordeste e velocidade de propagacao de 10 m/s. Percebeu-se que novas celulas foram se formando a frente do sistema, a medida que este se propagou. As 1944 UTC (Figura 2e), a LI atingiu a sede do radar. As 1954 UTC (Figura 2f), ela pareceu se dissipar quase por completo e entao as 2004 UTC, ressurgiu e continuou sua propagacao como um sistema

80 bem menos intenso que originalmente. As 2054 UTC, ja nao se percebeu a presenca do sistema que saiu da area de abrangencia do Radar. Na vertical (Figura 3), o sistema surgiu a 60 km da sede por volta das 1900 UTC (Figura 3a). Atingiu cerca de 11 km de profundidade, com um nucleo de refletividade a sua frente muito intenso de mais de 50 dbz nos primeiros 4 km de altura. A LI atingiu Outeiro (um dos sitios de experimentos nos arredores de Belem) por volta das 1930 UTC, sendo que as 1940 UTC, as celulas atingiram uma profundidade de 14 km de altura e celulas novas aparecem a sua frente. As 1950 UTC, observou-se uma celula que chegou a atingir 16 km. Apos passar pela antena do radar, as 2020 UTC (Figura 3e), este sistema atingiu seu estagio maduro, inclusive com a formacao da regiao de bigorna na sua parte posterior. Neste estagio, o sistema alcancou 15 km de altura e um nucleo de refletividade maior que 50 dbz atingindo 5 km de altura. As 2100 UTC (Figura 3g), o sistema entrou em sua fase de dissipacao, diminuiu sua intensidade e saiu da area de atuacao do radar. Atraves dos dados coletados pela torre meteorologica instalada no sitio Outeiro, nas proximidades de Belem, e possivel acompanhar as alteracoes provocadas pela passagem da linha de instabilidade. Observando a Figura 4 tem-se que o sistema conseguiu modificar o ambiente de tal forma que todas as variaveis coletadas [temperatura do ar (oc), umidade relativa (%), pressao (hpa), intensidade da precipitacao (mm/h), velocidade do vento (m/s) e direcao do vento (o)] mostraram sua assinatura. Na temperatura do ar, a variacao ocorreu logo apos as 1933 UTC (26,2oC), de forma que as 1952 UTC, a temperatura era quase 3oC menor. Para a umidade relativa, observou-se uma pequena diminuicao entre as 1927 UTC (84,7%) e as 1930 UTC (82%) e em seguida um aumento expressivo de 9% no valor inicial de umidade relativa. Quando se observa a pressao, percebe-se que ha oscilacoes nesta variavel todo o tempo e nao apenas no periodo mostrado na Figura 4c, mas durante todo o dia analisado. Esta variacao pode ser um indicativo da presenca de ondas de gravidade se propagando. A partir das 1919 UTC, proximo a chegada e apos a passagem do sistema, percebeu-se uma tendencia clara de aumento da pressao media a superficie. A precipitacao comecou em torno das 1933 UTC com intensidade fraca (15,24 mm/h) e logo aumentou para valores muito fortes (91,4 mm/h) as 1940 UTC. Apos este horario diminuiu gradualmente. Por fim, observou-se na intensidade do vento a chegada da frente de rajada as 1929 UTC com intensidade de 7 m/s. Em seguida houve uma diminuicao nessa intensidade e logo apos, observou-se um aumento expressivo da velocidade do vento. Neste momento, tambem se observou que o vento tendeu a girar de uma direcao de aproximadamente 45o, antes da chegada da LI, para 100o-120o, apos a passagem da LI. As 2000 UTC, o vento teve direcao de 160o. Confirmando o que foi coletado pelo pluviometro da torre de dados meteorologicos, os disdrometros Joss e Parsivel (Figura 5) instalados no sitio Outeiro mostraram o primeiro maximo de precipitacao por volta as 1932 UTC com intensidade de chuva de 34,5 mm/h. Apos isto, o disdrometro Joss registrou um maximo de 97,5 mm/h as 1939 UTC e o Parsivel, 152,7 mm/h as 1940 UTC. Essas diferencas podem ter ocorrido devido aos diferentes principios fisicos nos quais se baseiam os dois instrumentos. Os perfis de vento para as sondagens lancadas em Tome Acu foram analisados e se encontram na Figura 6. Para isso, o vento foi decomposto em suas componentes zonal (u) e meridional (v). Observando a componente zonal do vento, percebeu-se que o unico horario para o dia 23 de junho que apresentou um jato de baixos niveis foi as 12 UTC com intensidade de 13 ms-1 e em torno de 800 hpa. Como ja indicado por Alcantara et al. (2011), Cohen et al. (1995) e Silva Dias e Ferreira (1992), o horario das 1200 UTC parece ser o mais importante em se tratando da formacao de linhas de instabilidade da Amazonia. Ele correspondeu as 09 h da manha no horario local e e quando a circulacao de brisa maritima comeca a se desenvolver. Os horarios da 0000 e 0600 UTC ainda correspondem ao periodo noturno e as 1800 UTC corresponde a um horario em que, mesmo a brisa nos dias em que nao houve a formacao de LI, ja se desenvolveu e, na maioria dos casos, ja se deslocou continente adentro. Diferente do que foi indicado por Alcantara et al. (2011), a componente meridional (Figura 6b) parece dar sua contribuicao ao processo. De forma geral, o que

81 se percebe atraves do caso analisado e que essa componente do vento muda de direcao com a altura passando de negativa muito proxima a superficie para positiva em torno dos 800 hpa. Este e o nivel em que se observa um maximo na componente zonal ao qual chamamos de jato de baixos niveis (JBN). A Figura 7 mostra os perfis de temperatura potencial (θ), temperatura potencial equivalente (θe) e temperatura potencial equivalente saturada (θes) nos quatro horarios em que foram lancadas as sondagens. Para o horario da 0000 UTC aparece uma camada superestavel estaticamente devido a camada limite noturna, bem proxima a superficie. Para as 0600 UTC, a intensidade desta estabilidade estatica diminui, ficando em uma camada mais profunda e atinge 950 hpa. As 1200 UTC, tem-se uma camada neutra a superficie com altura que ultrapassa os 1000 hpa. Ela corresponde a camada de misturaque se forma devido a turbulencia proveniente dos processos ligados ao aquecimento da superficie pela radiacao solar. No ultimo horario observado, as 1800 UTC, esta camada neutra parece ter se tornado bastante profunda chegando a hpa. Este aprofundamento pode estar associado com a formacao da linha de instabilidade que e eficiente nestes processos de mistura turbulenta que ocorrem na camada limite planetaria e e otimo transportador de momento, energia e umidade para niveis mais altos. Quando se observa os perfis de θe, percebe-se que para as 0000 UTC e 0600 UTC, a variacao desta com a altura indica forte estabilidade condicional associada a camada limite noturna. Para as 1200 UTC, percebe-se leve instabilidade condicional e as 1800 UTC, o perfil mostrou-se instaveis condicionalmente para uma camada muito proxima a superficie. Por fim, pode-se observar os perfis de θes. Para as 0000 UTC, o perfil apresentou forte estabilidade na camada proxima a superficie seguindo as tendencias daformacao da camada limite noturna. Como as 0600 UTC corresponde as 0300 da manha no horario local, a camada limite noturna ainda esta estabelecida e, portanto, observa-se forte estabilidade convectiva. Ja as 1200 UTC, o perfil se mostrou instável convectivamente muito proximo a superficie ate, mais ou menos, 950 hpa. A intensidade da instabilidade e muito proxima para todos os dias. O perfil de 1800 UTC tambem apresentou instabilidade. Neste horario, sua camada foi um pouco mais profunda atingindo 900 hpa. Varios outros dados coletados por ocasiao do experimento precisam ainda ser analisados, mas atraves dos que foram mostrados aqui ja e perceptivel que o sistema teve intensidade de moderada a forte e provocou alteracoes no ambiente como diminuicao de temperatura, aumento de umidade e aumento na intensidade do vento. Estas sao caracteristicas classicas deste tipo de sistema que esta bem documentado na literatura para as linhas de instabilidade de medias latitudes e oceanicas, mas que nao se encontra com facilidade para as Linhas de instabilidade Amazonicas. Destas observacoes algumas questoes podem surgir, como por exemplo, quais as diferencas entre as LI amazonicas e as de medias latitudes e entre elas e as LI oceanicas? Poder registrar todos os detalhes que cercam as linhas de instabilidade amazonicas e de grande importancia para melhor o entendimento quanto a sua formacao, desenvolvimento e manutencao.

82 Figura 1 - Imagens de Satelite GOES para as 1600 UTC (a), 1700 UTC (b), 1815 UTC (c), 1845 UTC (d), 2000 UTC (e) e 2100 UTC do dia 23 de junho de Horarios em que foram observados o desenvolvimento de uma linha de instabilidade amazonica.

83 Figura 2 - CAPPI do Radar X - dual instalado em Belem para as 1744 UTC (a), 1814 UTC (b), 1844 UTC (c), 1914 UTC (d), 1944 UTC (e), 1954 UTC (f), 2014 UTC (g) e 2044 UTC (h) do dia 23 de junho de 2011.

84 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 3 - RHI do Radar X - dual instalado em Belem para as 1900 UTC (a), 1920 UTC (b), 1940 UTC (c), 2000 UTC (d), 2020 UTC (e), 2040 UTC (f), 2100 UTC (g) e 2120 UTC (h) do dia 23 de junho de 2011.

85 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 4 Temperatura do ar (oc) (a), umidade relativa (%) (b), pressao (hpa) (c), intensidade da precipitacao (mm/h) (d), velocidade do vento (m/s) (e) e direcao do vento (o) (f) provenientes da torre meteorologica instalada no sitio outeiro no dia 23 de junho de 2011 entre as 1900 UTC e as 2000 UTC. Figura 5 Intensidade de precipitacao para o dia 23 de junho de 2011 coletados pelos disdrometros Joss e Parsivel entre as 1925 UTC e as 2015 UTC.

86 (a) (b) Figura 6 Perfil das componentes zonal (a) e meridional (b) do vento obtido atraves de sondagens lancadas no sitio Tome Acu as 0000 UTC, 0600 UTC, 1200 UTC e 1800 UTC para 23 de junho de REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ALCANTARA, C. R.; SILVA DIAS, M. A. F.; SOUZA, E. P.; COHEN, J. C. P.; 2011:

87 Verification of the Role of the Low Level Jets in Amazon Squall Lines. Atmospheric Research, v. 100, BATTAGLIA, A.; SAAVEDRA, P.; MORALES, C. A.; SIMMER, C.; 2011: Understanding three dimensional effects in polarized observations with the groundbased ADMIRARI radiometer during the CHUVA campaign. Journal of Geophysical Research, vol. 116, D09204, 1-17 COHEN, J. C. P.; SILVA DIAS, M. A. F.; NOBRE, C. A.; 1995: Environmental conditions associated with amazonian squall lines: a case study. Mon. Wea. Rev. 123, SILVA DIAS, M. A. F.; FERREIRA, R. N.; 1992: Application of linear spectral model to the study of amazonian squall lines during GTE/ABLE 2B. J. Geophy. Res., 97, Convective cell during the campaign Chuva in Belém - JULIA CLARINDA PAIVA COHEN

88 Célula Convectiva durante a Campanha do Chuva em Belém Ivan Bitar Fiúza de Mello e Julia Clarinda Paiva Cohen Universidade Federal do Pará jcpcohen@ufpa.br As 15 UTC do dia 7 de junho observou- se a formação de uma célula convectiva no estado do Maranhão, tendo a mesma se intensificado e propagado para oeste atingindo a região de Belém por voltadas 20 UTC do mesmo dia (Figura1). A chegada dessa célula convectiva na região de Belém causou forte chuva com alagamento, derrubada de outdoor entre outros transtornos. Além dessa forte célula convectiva observou-se a formação de uma linha de instabilidade compropagação para o interior do continente, cuja intensida de foi fraca. A Linha de Instabilidade encontrava-se no interior do continente quando essa célula convectiva do nordeste chego uma região de Belém (20:30 UTC). A través das reanalises do NCEP observa se que o escoamento do vento em 925 hpa foi intenso e de sudeste sobre a região nordeste do Brasil, onde ocorreu de formação desta célula convectiva, desde as 06 UTC do dia 7 de junho ate as 00UTC do dia seguinte (Figura2). Dessa forma, é possível que esse escoamento de grade escala tenha trabalhado para o desenvolvimento e propagação desse sistema isolado. A taxa de precipitação estimada pelos disdrômetros parsivel e Joss foi de até 100 mm/h e 60mm/h, respectivamente (Figura3), indicando que esse sistema passou por Outeiro por voltadas 20:30 UTC. A dicionalmente, verifica se que a passagem dessa convecção em Outeiro provocou uma queda de 4oC na temperatura do ar, possivelmente associada acorrente descendentes que trazem armais frio dos níveis médios. Outro aspecto interessante é uma frente de raja associada as correntes descendente (Figura4). A simulação numérica desse sistema convectivo com o modelo BRAMS capturou seu desenvolvimento desde sua formação no Maranhão até sua dissipação no estado do Pará. Porem, a chegada dessa célula convectiva na região de Belém ocorreu com três horas de atraso em relação ao observado. Observa se que a taxa de precipitação gerada quando a convecção estava na região de Belém foi da ordem de 100mm/h, concordando com o observado pelo disdrometro Parsivel. Ainda que a resolução horizontal desta simulação tenha sido de 9km, foi possível a companha o desenvolvimento desta célula convectiva assim como a taxa de chuva gerada pelo modelo esteve próximo ao observado pelos disdrômetros.a estrutura vertical desta célula convectiva pode ser observada na Figura 6, onde se observa que as 20:30 aprofundidade desse sistema foi de aproximadamente 13 km.

89 Quando a célula convectiva encontrava-se na região de Belém, as 23:30, fez um corte transversal na latitude de os, onde se observa que o topo desse sistema atingiu 10km, enquanto que o observado foi de 13km. Por outro lado, observa se que a região mais ativa desse sistema foi ate o nível de 5km tanto na observação como pelo resultado desta simulação (Figura7). De posse desse resultados,ameta agora será aplicar uma grade aninhada sobre a célula convectiva, buscando ter uma avaliação mais fina sobre a estrutura horizontal e vertical.

90 Figura1. Ciclo de vida da célula convectiva formada no dia 07 de junho de 2011.

91 Figura 2. Escoamento do vento em 925 hpa e isotacas (linhas) em diferentes estágios da célula convectiva: (a) Antes (12UTC07dejunhode2011); (b) Durante (18 UTC 07 de Junho de 2011); (c)após (00 UTC 08 de junho de 2011). Figura 3. Taxa da precipitação estimada pelos disdrômetro parsivel, josse por pluviômetros instalados no sitio de Outeiro durante a passagem da célula convectiva.

92 Figura 4. Comportamento da (a) temperatura e úmida de relativa e (b) do vento durante a passagem da convecção em Outeiro.

93 Figura5. Vento horizontal (m/s) no nível de 24.4 metro se taxa de chuva obtida através da microfísica de nuvem (mm/h): (a) no inicio da formação da célula convectiva (07 de junho de 2011 as 18 UTC) e na região de Belém (07 de junho de 2011 as 23:30 UTC). Figura 6. Range Height indicator da célula convectivas e aproximando do radar na UFPA no dia 07 de junho de 2011 as 20:30 UTC.

94 Figura 7. Perfil vertical do vento horizontal (m/s) e vertical multiplicado por 10 (vetor) e razão de mistura da nuvem (g/kg) na latitude de o S no 07 de junho de 2011 as 23:30UTC.

95 Study of Mesoescale cyclonic vortices associated to Atlantic Ocean Convergence Zone - MARIO FRANCISCO LEAL DE QUADRO Estudo de Vórtices Ciclônicos de Mesoescala associados à Zona de Convergência do Atlântico Sul M.F. L. Quadro (Instituto Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, mquadro@ifsc.edu.br) M.A.F Silva Dias (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil) D.L. Herdies, L.G.G Gonçalves (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Cachoeira Paulista, Brasil)

96 A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um fenômeno meteorológico que exerce um papel preponderante no regime de chuvas na região onde atua, acarretando altos índices pluviométricos na América do Sul. Este estudo mostra que, em uma análise de mesoescala, um Vórtice Ciclônico de Mesoescala (VCM) está associado à ZCAS através de um processo de retroalimentação. Este sistema é gerado dentro de um ambiente estratiforme na região da ZCAS, suga a umidade, acelera os ventos na vertical provocando intensa precipitação e, como conseqüência, pode afetar drasticamente as regiões atingidas provocando sérios danos sócioeconômicos. Este trabalho enfoca a atuação destes VCMs que se formam associados à ZCAS, identificando as propriedades termodinâmicas durante os diversos estágios de seu ciclo de vida. O trabalho é desenvolvido em três fases: (a) documentação da representação da precipitação e do transporte de umidade para a região da ZCAS através de conjuntos de reanálises de nova geração; (b) avaliação da importância da atuação dos VCMs embebidos na ZCAS, através do desenvolvimento de um sistema de detecção para determinação de estatística de ocorrência e (c) realização de simulações com o modelo de mesoescala BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System) para compreensão do comportamento de episódios específicos destes sistemas de mesoescala e sua relação com a ZCAS. A primeira parte do trabalho evidencia o avanço das novas reanálises da tentativa de representar de forma mais adequada à variável precipitação acumulada na região da ZCAS. A documentação é baseada em seis conjuntos de reanálises atmosféricas (MERRA, ERA-Interim, ERA-40, NCEP 1, NCEP 2 e NCEP CFSR) e cinco conjuntos de produtos observados de precipitação (SALDAS, CPC, CMAP, GPCP e GLDAS). Através das reanálises também foi avaliado o transporte de umidade sobre a região da ZCAS, para os anos de 1979 a Os diagramas de Taylor mostram que os produtos de precipitação estão bem correlacionados com o ponto de referência (CPC), com coeficientes entre 0,6 e 0,9. Somente a reanálise do NCEP CFSR possui correlações próximas as dos produtos de precipitação. Os VCMs, embebidos na banda de nebulosidade da ZCAS, são selecionados através de um critério objetivo de detecção, baseado na vorticidade e circulação do sistema, aplicado ao período de 2000 a Um total de 300 VCMs úmidos foram detectados na baixa troposfera, enquanto que na média e alta troposfera foram detectados 277 VCMs. Na baixa troposfera a maioria dos VCMs se localiza mais para SW na região continental costeira (ZCC) da ZCAS e, possivelmente estão relacionados a efeitos topográficos e de instabilidade local gerada por sistemas transientes que penetram na região da ZCAS. Verifica-se também uma concordância entre os vórtices destas regiões de máxima vorticidade ciclônica e os extremos de precipitação. O estudo de dois casos específicos nas regiões da Continental Amazônica (ZCA) e ZOC, simulados através do modelo BRAMS, enfoca a

97 relação entre a formação de mesovórtices e a atividade convectiva presente próximo à região de formação. Em ambas as regiões os VCMs apresentam características similares, que podem ser consideradas como uma assinatura do sistema. Nos dois casos simulados estes sistemas apresentam o ciclo de vida inferior a 24 horas, escala espacial de aproximadamente 200 x 200 km2, intensa precipitação, deslocamento no mesmo sentido do escoamento na baixa troposfera, vorticidade relativa da mesma ordem de magnitude do parâmetro de Coriolis (10-4 s-1), núcleo quente acima do nível de máxima intensidade e um rápido crescimento do centro de vorticidade ciclônica principalmente nos baixos níveis. O balanço de vorticidade e o ciclo de energia desses sistemas são analisados. Pela comparação da chuva simulada com o produto Hidroestimador, sugere-se que o modelo BRAMS, com uma alta resolução espacial e temporal, melhora a representação do VCM, comparado com os dados da reanálise CFSR do NCEP.

98 Preliminary analysis of some thermodynamic parameters and ABL development in MOSSORÓ/RN CHUVA Project - MARNEY CHAVES DE ARAGÃO LISBÔA AMORIM UMA ANÁLISE PRELIMINAR DE ALGUNS PARÂMETROS TERMODINÂMICOS E DO DESENVOLVIMENTO DA CLA EM MOSSORÓ/RN PROJETO CHUVA Marney Chaves de A. L. Amorim1, Roberto F. F. Lyra1, Rosiberto S. S. Júrnior1, Diogo N. S. Ramos1, Isidro Metodio T. J. Ihadua1, Adriano C. de Marchi1 1 UFAL, ICAT, Grupo de Micrometeorologia, Maceió, AL, Brasil marneylisboa@gmail.com RESUMO

99 O presente estudo analisou o processo convectivo para o município de Mossoró/RN (5,21S; 37,32W; 38 m) através dos índices termodinâmicos CAPE e CINE e também foram estimadas as alturas da Camada Limite Atmosférica (Zi). Utilizou-se dados do projeto CHUVA, radiossondagens correspondestes aos horários sinóticos de 00, 06, 12 e 18UTC (21, 03, 09 e 15HL) para o período de 08 a 17 de abril de Por meio dos perfis verticais das variáveis calculou-se a CAPE, CINE e foi estimado Zi, este último foi aferido através do Método Subjetivo pela análise visual dos perfis de temperatura potencial virtual, razão de mistura, velocidade e direção do vento. Durante os 10 dias analisados a CAPE teve valor médio de 597 J/kg. Na maior parte dos casos, 75%, os valores da CAPE denotaram uma troposfera não muito instável com condições menos propícias ao desenvolvimento de nuvens convectivas. Nos dias 08, 09 e 11 verificaram-se os máximos de todo o período, sendo o maior 2199 J/kg (dias 08 e 11). A CINE apresentou valor máximo de 292 J/kg (dia 11) com média de 67,1 J/kg. Prevaleceram valores <15 J/kg, com pouca inibição e pouco desenvolvimento vertical, e nos dia 9, 14 e 15 houveram os maiores indicativos de maior convecção. Para todo o período a altura da CLA ficou em torno de 451,2 m com máximo de 1256 m (9HL) e mínimo de 54 m (21HL). Foi no horário das 9HL e não no fim da tarde, como prevê a literatura, onde os valores de Zi foram em média mais elevados. Não foi possível aferir uma relação direta entre os índices e Zi, embora a propriedades da CLA exercem forte domínio sobre o processo convectivo, sugerindo uma análise mais minuciosa e com mais dados para compreender melhor a dinâmica desses processos. Palavras-chave: CAPE, CINE, Zi.

100 Characterization of atmospheric profiles using data mining techniques - RAFAEL CASTELO GUEDES MARTINS CARACTERIZAÇÃO DE PERFIS ATMOSFÉRICOS UTILIZANDO TÉCNICAS DE MINERAÇÃO DE DADOS

101 FRANCISCO PAULO DE FREITAS NETO Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido UFERSA, Departamento de Ciências Exatas e Naturais para obtenção do título de Bacharel em Ciência da Computação. Orientador: Profa. Dra. Angélica Félix de Castro Co-Orientador: Prof. Me. Rafael Castelo Guedes Martins RESUMO Atualmente, o estudo do tempo e do clima está cada vez mais presente em nossas vidas. Muitas atividades lucrativas dependem diretamente ou indiretamente desses fatores que são objetos de estudo desde os primórdios da sociedade contemporânea, dentre as quais se pode citar: geração de energia, aviação comercial, telecomunicações, agricultura, etc. Existem diversas ferramentas que estão associadas à modelagem numérica da atmosfera e diversos estudos nessa área que abrange várias áreas de conhecimento. Dessa forma, o presente trabalho visa realizar um estudo em um conjunto de dados obtidos por radiossondagens na região de Mossoró-RN e a partir dos mesmos encontrar padrões que possam ser aplicados na caracterização dos perfis atmosféricos da região. Foi utilizada a ferramenta WEKA para auxiliar na busca de padrões utilizando algoritmos e técnicas de Descoberta de Conhecimento em Banco de Dados (Knowledge Discovery in Database - KDD) para encontrar um perfil padrões médios que possam representar a atmosfera da região. Palavras-Chave: KDD. Mineração de dados. Meteorologia. Radiossondagem.

102 Studies on rates of Convective Inhibition Energy and convective available potential energy (CAPE and CINE) and its possible relationship to the height of the ABL CHUVA Project - ROSIBERTO SALUSTIANO DA SILVA JUNIOR Estudos sobre os Índices de Instabilidade Atmosférica, Energia Disponíveis para Convecção (CAPE e CINE) e sua possível relação com a altura da CLP: Projeto Chuva Rosiberto Salustiano, Diogo Nunes, Roberto Lyra RESUMO

103 Este estudo visa investigar a relação entre a altura da Camada Limite Planetária (CLP) e as diferentes condições de instabilidade atmosférica, parâmetros convectivos e precipitação pluviométrica horária. Estimados a partir de medições e simulações ocorridas durante o período do Experimento Chuva na campanha do Ceará, realizado de 08 a 18 de abril de 2011 na região de Mossoró. Foram utilizados dados observados radiossondagens e simulações realizadas com o modelo WRF (Weather Research Forecasting) no qual foram calculados os índices de instabilidade (LI, TT e K), e os parâmetros convectivos CAPE e CINE. Para a estimativa da altura da CLP usou-se apenas as simulações realizadas com o modelo WRF no sentido de verificar a existência da relação entre os índices de instabilidade e o CAPE e CINE com a altura da CLP. Os resultados mostram uma dependência dos valores da altura da CLP com o grau de instabilidade da atmosfera e que a presença de atividades convectivas representadas pelo CAPE proporciona um aumento na altura da CLP, mesmo que não se observe precipitação, mostrando que existe a influência dos processos convectivos na determinação de sua altura. O modelo WRF se mostrou uma importante ferramenta para a estimativa da altura da CLP, onde os máximos valores da altura da CLP variaram entre 735,58 a 1802,24m. Em termos gerais os maiores valores de coeficiente de correlação ocorreram para o índice de instabilidade TT (r=0,67) e para o CAPE (r=0,59). Palavras-Chave: Camada limite planetária, Instabilidade atmosférica, Precipitação pluviométrica, modelo de mesoescala WRF.

104 Micro-squal line in the region of Belém: a study of the physical and morphological characteristics - TARCÍSIO MIRANDA DO AMARAL NETO TARCÍSIO MIRANDA DO AMARAL NETO JÚLIA CLARINDA PAIVA COHEN LUIZ AUGUSTO TOLEDO MACHADO

105 Micro-linha de instabilidade na região de Belém: um estudo sobre as características físicas e morfológicas RESUMO Belém 2012 As linhas de instabilidade de escala sinótica a mesoescala estão entre os sistemas produtores de chuva mais importantes nas florestas tropicais da bacia amazônica do Brasil, cuja origem está associada à circulação de brisa marítima, e a sua propagação relacionada com os jatos de baixos níveis. Durante o período de 7 a 29 de Junho de 2011, foram coletados através do projeto CHUVA dados de radar na cidade de Belém, onde foi possível a identificação de um novo tipo de formação de linha de instabilidade, chamado nesse trabalho de micro-linha de

106 instabilidade. No presente trabalho a micro-linha de instabilidade será estudada e analisada, buscando-se entender a relação da mesma com o caso clássico de linha de instabilidade, definindo-se assim as características médias morfológicas, possíveis mecanismos de formação, assim como estimar a chuva associada com tal banda convectiva. Para atingir tais objetivos inicialmente será feita uma contagem dos eventos de linhas de instabilidade clássicas que ocorreram durante o projeto CHUVA, através de imagens do satélite GOES-12, posteriormente utilizando os dados de refletividade do radar banda X, serão geradas imagens para todo o período do projeto para onde através delas será possível analisar as características associadas a esse novo tipo de formação convectiva, assim como o uso do triângulo de radiossondagens de mesoescala que poderá auxiliar no entendimento dos processos termodinâmicos e dinâmicos associados. RESUMO

107 CHARACTERISTICS OF CONVECTIVE SYSTEMS AT CHUVA PROJECT EXPERIMENTS - WAGNER FLAUBER ARAUJO LIMA CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS CONVECTIVOS DOS EXPERIMENTOS DO PROJETO CHUVA Este estudo pretende analisar as características morfológicas, ciclo de vida, e variação diurna/noturna da iniciação dos Sistemas Convectivos (SC) observados durante os experimentos do Projeto CHUVA. O ForTraCC (Forecasting and Tracking of Cloud Cluster) foi

108 adaptado para os dados do Radar polarimétrico para identificar os sistemas convectivos. O produto utilizado do radar foi o cappi de 2 km da precipitação instantânea com resolução temporal entre 6 e 10 minutos, dependendo da estratégia adotada por cada campanha. As características analisada dos sistemas convectivos são: tamanho, velocidade, deslocamento, duração, e a variação diurna/noturna da iniciação dos SC em diferentes regiões. Ao final desse estudo pretende-se analisar a microfísica de nuvens envolvida nos SC em diferentes regiões do Brasil, a partir dos perfis de Refletividades do Radar para criar um banco de dados com informações de propriedades das nuvens para auxiliar os modelos de nuvens e estimativas de precipitação por sensoriamento remoto.

109 Directly observing boundary layer trajectories in the Eastern Amazon - DAVID FITZJARRALD Directly observing boundary layer trajectories in the Eastern Amazon David R. Fitzjarrald, University at Albany / SUNY, Albany, NY; and Paul Voss, Smith College, Massachusetts, USA Julia C. P. Cohen, UFPa, Belém, Pará, Luiz Machado, INPE, São José dos Campos, SP.

110 Pilot study observations. To test our ability to operate altitude-controllable meteorological balloons in the Amazon Basin, two light-weight controlled meteorological balloons (CMET; developed by Voss; 146 g packages) equipped with altitude control, real time satellite communication, and various sensors (aspirated thermometers, humidity and pressure) were launched twelve hours apart on June 25, 2011 from Tomé-Açu Pará, Brazil (1.96 S; W), part of the CHUVA-Belém project. Armed with very good numerical trajectory guidance (Freitas et al., 2000, method), we believed that the balloons would move to the NW and then follow the main channel of the Amazon River into the Basin. Instead, each balloon moved about 40 SW of the predicted line. Each balloon remained aloft about 8 hours and traveled approximately 160 km until each encountered its own strong storm, whose severe downdrafts forced them into the Tocantins River about 8 km apart. Surprisingly, given such a vast sparsely inhabited region, both balloons were recovered thanks to help from a local fisherwoman. Supporting information/analysis. In this presentation we discuss the mesoscale environment into which the balloon were launched, taking advantage of special observations being made simultaneously at other sites also part of CHUVA-Belém. These included radars, radiosonde launches, and a variety of surface-based microphysical observations. Post project analysis. Selected BRAMS simulations were performed. In particular, we examined the importance of a growing convective cluster to the south of Belém that distorted the regional pressure gradient field and, by inference, its vertical profile. We report on how clouds evident in the GOES image sequence appeared to alter the balloons' trajectories. Plans. We intend this work to be a precursor to a more comprehensive observation/model campaigns aimed to understand better the role of transient pressure gradients in altering lowlevel trajectories in the equatorial continental tropics. Further, the sounding capability of the CMET balloons will be an asset in evaluating the downwind evolution of the contaminants, work we will propose for the upcoming GO-Amazon project. Reflection. Our results should counsel prudence when using readily available trajectories estimated from reanalysis databases to understand airmass source regions in the often sounding-poor tropics, especially for case studies involving a set of selected days. Freitas, S. R., S. Dias, P. L.. Dias, K. M. Longo, P. Artaxo, M. O. Andreae, and H. Fischer, 2000: A convective kinematic trajectory technique for low-resolution atmospheric models. Journal of Geophysical Research, 105,

111 Spatial and temporal structures of atmospheric boundary layer in FORTALEZA (CEARÁ) using WRF model CHUVA Project Preliminary Analysis - DIOGO NUNES DA SILVA RAMOS ESTRUTURA ESPAÇO-TEMPORAL DA CAMADA LIMITE ATMOSFÉRICA EM FORTALEZA (CEARÁ) ATRAVÉS DO MODELO WRF, PROJETO CHUVA ANÁLISE PRELIMINAR Diogo Nunes da Silva Ramos, Roberto Fernando da Fonseca Lyra, Rosiberto

112 Salustiano da Silva Júnior, Marney Chaves de Aragão Lisboa Amorim, Isidro Metódio Tuleni Johanes Ihadua Instituto de Ciências Atmosféricas, Universidade Federal de Alagoas ICAT/UFAL, Maceió, Alagoas 1. Introdução A investigação da composição da Camada Limite Atmosférica (CLA) possibilita identificar características termodinâmicas que são fundamentais na composição da baixa troposfera (STULL, 1988). É no seu interior que processos físicos originados na superfície terrestre influenciam diretamente na sua estabilidade atmosférica, principalmente os fluxos verticais de calor, umidade e momentum, que também atuam na formação de processos convectivos. Com isso, tem se tornado comum à aplicação de diversos tipos de modelos numéricos (analíticos, atmosféricos, fluído dinâmico computacional, dentre outros) que buscam representar com a maior fidelidade possível a estrutura vertical da CLA, bem como, sua evolução temporal (ANDRÉ, DE MOOR, et al., 1978; RAMOS, LYRA, et al., 2010). O presente trabalho apresenta alguns resultados preliminares da estrutura vertical e temporal da CLA simulados no modelo atmosférico WRF, comparando-os com as sondagens atmosféricas realizadas em Fortaleza (CE) durante a realização do Projeto CHUVA. 2. Metodologia Os dados observacionais foram coletados por meio de radiosondagens, lançadas na estação do INMET (3,82 S; 38,54 W; 26m), situada em Fortaleza Ceará, durante o Projeto CHUVA ( O período analisado foi compreendido entre os dias 08 a 15 de abril de 2011, nos horários 05, 11, 17 e 23 UTC. O modelo atmosférico WRF foi executado com reanálises do NCEP FNL (Final Analysis), de resolução espacial de 1,0 x 1,0

113 (aproximadamente 111 km), e temporal de 6 horas para cada ponto de grade. As condições físicas de terreno foram baseadas através da topografia USGS (United States Geological Survey - e vegetação MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - ambos com resolução de 30 segundos, ou 925m. As simulações no eixo horizontal são fundamentadas na grade de Arakawa-C, e na vertical, coordenada sigma, que simula os níveis verticais seguindo as variações topográficas através das isóbaras. A execução do WRF possuiu 6 horas de relaxamento newtoniano (nudging) para estabilização do modelo, e 32 níveis verticais, sendo os 20 primeiros inseridos entre 0 a 3000m de altura. As parametrizações físicas utilizadas foram: Microfísica Purdue Lin; Superfície do Solo Noah LSM; Camada Limite Atmosférica ACM2; Cumulus Grell-Devenyi; Camada Limite Superficial Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov; Radiação Onda Longa e Radiação Onda Curta Rapid Radiative Transfer Model; Turbulência atmosférica Mellor- Yamada. O método subjetivo dos perfis verticais da temperatura potencial virtual - θv (DOS SANTOS e FISCH, 2007) foi aplicado na obtenção da altura da CLA (Zi), calculado através das radiosondagens. Para cada Zi encontrado, foi identificado seu respectivo valor de θv, das medições e das simulações. Em alguns horários dos dias 12 e 14 não foi possível determinar Zi pelo método adotado. Todos os perfis verticais estão contidos no anexo. 3. Resultados O comportamento diário da espessura da CLA, bem como sua respectiva θv observada e simulada, são mostrados na Figura 1. Os valores obtidos de Zi no período diurno estiveram entre 800 a 1200m, enquanto no noturno, entre 200 a 500m. O método subjetivo dos perfis verticais para determinação de Zi implica, na maioria dos casos, em subestimativas da real altura da CLA (DOS SANTOS e FISCH, 2007). Stull (1988) afirma que as espessuras da CLA em regiões urbanas e localizadas nos trópicos tendem a ser maiores, com alturas próximas a 2

114 km, em função da maior quantidade de calor aprisionado no seu interior. Esta característica não foi encontrada nos dias investigados, uma vez que o valor de Zi não ultrapassou 1,2 km. A proximidade com o litoral, bem como, a ocorrência de precipitação, podem favorecer na CLA pouco espessa, uma vez que maior a quantidade de umidade induz o ar a liberar energia na sua vaporização, assim, resfriando o ar. A simulação de θv no topo da CLA mostrou bastante próxima às medições realizadas nesta altura, ambas variando entre 298 a 306 K, ou 25 a 33 C. Os maiores desvios foram notados no período noturno, e transição noite-dia, atingindo 6 K no dia 11 as 23 UTC. Figura 1. Comportamento temporal da altura da CLA (Zi), e seus respectivos valores de θv calculados das radiosondagens (OBS) e nas simulados (WRF). A figura 2 apresenta os valores médios de Zi e dos desvios entre θv das observações e simulações no topo da CLA. Há uma diferença próxima a 50m nos valores de Zi no período noturno (23 e 05 UTC) com o inicio da manhã, 11 UTC. Nesta transição noite-dia, os desvios na figura 2b mostram um crescimento dos desvios desde 23 até 11 UTC, partindo de -0,4 K a quase 0,8 K. Durante este período, a CLA está sofrendo modificações na sua composição, saindo do regime de turbulência mecânica para turbulência térmica (STULL, 1988). Quando esta transição é concluída, nas proximidades do meio-dia local, o modelo WRF obtém um desempenho excelente na simulação dos perfis verticais, que em média, diferiu das observações em 0,02 K. No entanto, estes desvios são maiores ao analisar brevemente os perfis verticais, contidos no anexo, em diferentes níveis de altura, principalmente nos primeiros 500m do período diurno.

115 Figura 2. Média da altura da CLA obtida pelas radiosondagens (a) e desvio médio de θv entre medições e simulações (WRF) no topo da CLA (b) nos quatro horários investigados. Por fim, os futuros estudos devem verificar a eficácia das simulações de mais variáveis meteorológicas para cada divisão da CLA (STULL, 1988), bem como, testes de diferentes parametrizações físicas de turbulência, superfície do solo e CLA do modelo atmosférico WRF também precisam ser aplicados. 4. Conclusões Foram analisados perfis verticais da temperatura potencial virtual para obtenção da altura da CLA, por meio de radiosondagens do Projeto CHUVA e simulações do modelo WRF para a região de Fortaleza, Ceará. Os resultados preliminares mostraram que a CLA apresenta espessura média variando entre 400 a 1000m durante sua evolução diária. Provavelmente, o método empregado para obtenção de Zi tenha favorecido na obtenção de alturas inferiores às encontradas em outras regiões tropicais. Os perfis verticais estimados pelo WRF mostraram-se mais eficientes em 17 UTC, onde houve mínima diferença entre os valores de θv observado e simulado. Referências ANDRÉ, J. C. et al. Modeling the 24-hour evolution of the mean and turbulent structures of the Planetary Boundary Layer. Journal of the Atmospheric Sciences,

116 DOS SANTOS, L. A. R.; FISCH, G. Intercomparação entre quatro métodos de estimativa da altura da camada limite convectiva durante o experimento RACCI - LBA (2002) em Rondônia - Amazônia. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 22, n. 3, p , RAMOS, D. N. S. et al. Avaliação de esquemas de superfície e de camada limite do modelo WRF para região Amazônica (Rondônia) - Estudo de caso. Anais do I Seminário Nacional de Engenharia do Vento - SENEV. Belo Horizonte, MG: Universidade Federal de Minas Gerais p. 8. STULL, R. B. An introduction to the boundary layer meteorology. Massachusetts: Kluwer Academic Publishers, p. Anexo 08/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011

117 12/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011 Figura 3. Perfil vertical observado e simulado de θv em Fortaleza (CE) para 05 UTC. 08/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011 Figura 4. Perfil vertical observado e simulado de θv em Fortaleza (CE) para 11 UTC. 08/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011

118 12/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011 Figura 5. Perfil vertical observado e simulado de θv em Fortaleza (CE) para 17 UTC. 08/Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/ /Abril/2011 Sem dados Figura 6. Perfil vertical observado e simulado de θv em Fortaleza (CE) para 23 UTC.

119 The heights of the Atmospheric Boundary Layer at a coastal region using remote sensing and in situ measurements - GILBERTO FISCH

120 The heights of the Atmospheric Boundary Layer at a coastal region using remote sensing and in situ measurements Gilberto Fisch Instituto de Aeronaútica e Espaço (IAE) Centro Técnico Aeroespacial (CTA) Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 São José dos Campos, CEP , Brazil fisch.gilberto@gmail.com Abstract: The height of the atmospheric boundary layer is an important variable for many studies involving meteorology, especially associated with air quality dispersion. Its estimation is usually made with rawinsoundings. In this study, we have estimated and compared the heights of the ABL at the Alcantara Space Center (located at 2 S in the tropical region) using a data-set comprising of in situ rawinsoundings (from sondes Vaisala RS92SGP) and from temperature profiles extracted from microwave radiometer (MP3000 Radiometrics Corporation). The measurements were collected during the wet season do 2010 (March 8 up to 25). The numbers of soundings used were 72 (one sounding made each 6 hours) and the meteorological values were interpolated for each 50 m height. The microwave profiles used were 4130 profiles (a single profile made at 15 min) and the MP3000 has an internal procedure to made measurements each 50m up to 500 m and then each 100 m using 12 channels between GHz. For both instruments, the heights of the ABL have been computed with potential temperature profiles (measured by the rawinsoundings and estimated by the MP3000) as the first level where the potential temperature gradient is positive for 3 consecutive layers. Considering the altitudes up to 1000 m (which is mostly the ABL layer), there is a tendency for the in situ measurements for potential temperature to be higher than the remote sensing to a value up to C at m. Also, there is a pronounced diurnal cycle as the maximum differences occurred during daytime measurements (12 and 18 GMT). Considering the whole period, almost 60% of the results from the microwave radiometer presented the level 600 m as the height of the ABL and this value can be assumed as typical value for the height of ABL at a coastal area during the dry season. The presence of the rainfall can alter the determination of the ABL height, mainly using the microwave radiometer. 1. Introduction The space launching centers are usually located at coastal areas due to the safety reasons. Examples are the Kennedy Space Center (KSC) at Florida, Centre Spatial Guyanense at French Guiana and this is also true for the Alcantara Space Center (Centro de Lançamento de Alcântara CLA in Portuguese) which has its launch pad at around 150 m from the seashore. The atmospheric boundary layer (ABL) is the lowest portion of the atmosphere which is coupled with the surface being modifying by its characteristics (thermal X, topography, types of vegetation). Consequently, the winds and temperature and humidity profiles are studies in very detail in order to give support for the space activities. For instance, for KSC, Case et al. (2005) analyzed the sea breeze climatology using a mesonet towers (44) and 5 wind profile radars observations while Merceret (2006) studied the rapid temporal variation of the winds using wind profilers. For the CLA, Gisler et al. (2011) studied the climatology of the winds inside the ABL thorough

121 out 5 years of data from an anemometric tower. This study characterized the wind flow regime. Applications of this knowledge are very important for space meteorology. Recently, Davidson et al. (2011) describe the use a software to study the dispersion of pollutants (or toxic gases) realeased at CLA, which depends strongly to the wind flow regime / characteristic. The height of the ABL is one of the input parameters for this dispersion study. The goal of this paper is to investigate the behavior of the Atmospheric Boundary Layer developed at the Alcantara Space Center (CLA) using different instrumentation. The results can be used for on going activities associated with the developing of a software / algorithm to describe the dispersion of a gas released by rockets during its launch. Data Set and Methodology During the wet season of 2010, a meteorological field campaign named GPM 2010 was held in CLA, in order to collect meteorological data for future validation studies of the GPM constellation. During 25 days, meteorological soundings were conducted at 00, 06, 12 and 18 GMT using sondes RS92SVG from Vaisala Oy (Helsinki, Finland). Besides this data, a microwave radiometer MP3000 from Radiometric (Boulder, USA) collected simultaneous temperature profile (one profile each 15 min). The Radiometrics MP3000 is a microwave radiometer designed to retrieve continuous temperature, humidity and cloud profiles in the lower troposphere, mounted on a tripod, as shown in Figure 2. For this study, only the temperature retrieval was used. It is nominally a 12-channel instrument, although in practice any combination of channels can be selected within the following bands: GHz (K-Band) and GHz (V-Band). Each band is received and detected independently, although all channels use a common frequency synthesizer, which must be switched to observe each channel. In the current hardware configuration, it takes ~2 s to switch frequencies, although this may be reduced substantially in the future. This results in the observations not being coincident in all channels and taking ~40 s to sample a set of 12 channels. Initially, potential temperature profiles for each profile (from rawinsoundings and from the MP3000) were computed and the height of the ABL was determined as the first level where the potential temperature gradient is positive for 3 consecutive layers. According Seibert et al. (2000), the estimates of the height of ABL from rawinsoundings is the best operational procedure. Figure 1: The instruments used: rawinsounding (a) and MP3000 (b).

122 Although the field campaign was held during the wet season 2010, it was an abnormal period, being very dry in the first 18 days, with almost none rainfall (unusual for this time of the year). From March 19 onward, the rainy season started and there was a lot of rain. The time series of the rainfall is presented at Figure 2. Figure 2: Time series of the rainfall during the March Results Initially, the profiles of temperature were compared by the two methods: in situ measurements made with rawinsoundings and estimates using the microwave radiometer for all profiles (average) and classified by time (00, 06, 12 and 18 GMT). The results are shown in Figure 3. Considering the altitudes up to 1000 m (which is mostly the ABL layer), there is a tendency for the in situ measurements to be higher than the remote sensing to a value up to C at m. Also, there is a pronounced diurnal cycle as the maximum differences occurred during daytime measurements (12 and 18 GMT). This could be a positive bias from the temperature sensors from the soundings due to radiation errors. Figure 3: The differences between measurements of temperature (using rawinsoundings) and estimates (using the microwave radiometer).

123 Figure 4: Time series of the ABL height during the field campaign. The Figure 4 presents the time series of the height of ABL using both methods. The rawinsounding estimates were split in daytime (soundings from 12 and 18 GMT) and nighttime (00 and 06 GMT). The most frequent height using the radiometer is the level of 600 m, which encompasses approximately 60% of the values. It is interesting to notice that very few estimates (only 13 values, see Figure 5) from the MP3000 is higher than this critical value (600 m). Comparing the Figures 2 (time series of rainfall) and 4 (time series of the height of ABL), it can be observed that the presence of the rainfall the determination of the height of the ABL. When there is a dry situation (no rain), the matching between the two estimates are better. Figure 5: Frequency distribution from the occurrence of ABL heights using estimates from MP3000.

124 Finally, at Figure 6, the dispersion between the estimates from rawinsoundings and from MP3000 was plotted for both daytime and nighttime. It is clearly that the nighttime values were underestimated from MP3000 comparing with the rawinsoundings. Figure 6: Dispersion plot between ABL heights derived from rawinsoundings and MP Final Remarks The height of the ABL was compared using two different techniques during a field campaign at Alcantara (wet season 2010). The heights of ABL derived from the rawinsoundings are higher than observed by the microwave radiometer, but both measurements are consistent with a value of 600 m h. This value is typical from oceanic or marine boundary layer. These results will be used for the ongoing research associated with the dispersion of gases exhausted from rockets (see Moreira et al., 2011).

125 References Case, J.L., Wheeler, M.M., Manobianco, J., Weems, J.W., Roeder, W.P. (2005). A 7-yr climatological study of land breezes over the Florida Spaceport. Journal of Applied Meteorology, vol. 44, pp Gisler, C.A.F., Fisch, G. Correa, C.S. (2011). Análise estatística do perfil de vento na camada limite superficial no centro de lançamento de Alcântara. Journal of Aerospace and Technology Management, vol. 3, PP (doi: /jatm ). Merceret, F.J. (2006). Rapid temporal changes of boundary layer winds. Journal of Applied Metorology and Climatology, vol.45, pp Moreira, D.M., Trindade, L.B., Fisch, G., Moraes, M.R. de, Dorado, R.M., Guedes, R.L. (2011). A multilayer model to simulate rocket exhaust clouds. Journal of Aerospace and Technology Management, vol. 3, pp (doi: /jatm ). Seibert, P., Beyrich, F., Gryning, S.E., Jofre, S., Rasmussen, A., Tercier, P. (2000). Review and intercomparison of operational methods for the determination of the mixing height. Atmospheric Environment, vol. 34, pp:

126 Analysis of the Radiation Balance in CHUVA Project Paraíba Valley - THOMAS KAUFMANN

127 Análise do Balanço de Radiação do Experimento CHUVA Vale do Paraíba Thomas Kaufmann, Gilberto Fisch O objetivo deste trabalho é divulgar a análise do balanço de radiação, feita com base no conjunto de dados coletados no Experimento CHUVA Vale do Paraíba. Nesta análise, considerou-se os dados (resolução temporal de 60 minutos) de radiação de onda curta incidente e refletida, radiação de onda longa incidente e emitida, temperatura do ar, umidade relativa do ar, pressão atmosférica, precipitação, e velocidade e direção do vento, coletados no período entre 7 de Novembro e 22 de Dezembro de Utilizando os dados de radiação de ondas curta e longa, observouse o comportamento radiativo diário. Também se obteve o balanço radiativo, o albedo médio (entre 0900 e 1500 LST) e o fluxo radiativo integrado entre o nascer e o por-dosol (0600 e 1800 LST, respectivamente). As variáveis meteorológicas auxiliaram na caracterização das condições do tempo durante o período selecionado, i.e., evolução da nebulosidade e ocorrência ou não de precipitação. Ao longo do período analisado, foram identificadas nove ocorrências de precipitação (11/11, 13 16/11, 22 23/11, 28/11, 01 02/12, 08-10/12, 14 15/12, 18/12 e 20/12). O caso mais expressivo foi o de chuva convectiva do tipo frontal/pós-frontal, que ocorreu entre os dias 13 16/11. No dia 15/11, por exemplo, registrou-se precipitação constante durante praticamente 24 horas, um nítido decréscimo de 9 hpa em 24 h na pressão atmosférica, acompanhados de uma decréscimo de 8 C na temperatura do ar e valores de umidade relativa acima de 80%. Os ventos apresentaram direções variadas, com velocidade entre 0 e 3 m/s. Os valores de saldo radiativo foram consideravelmente baixos (menores que 400 W/m²). Esse fato fez com que o ciclo radiativo diurno apresentasse pouca amplitude, devido à presença das nuvens e da chuva. Essa tendência de decréscimo nos horários chuvosos também foi notada no fluxo radiativo integrado (onda curta e longa) e no albedo médio. Dá-se ênfase ainda um caso de chuva convectiva não-frontal, ocorrido em 28/11, no qual houve registro de precipitação entre 1700 e 1800 LST. Nesse caso, observou-se que o impacto da precipitação na pressão atmosférica, na temperatura do ar e na umidade relativa foram os mesmos do caso frontal, no entanto, ocorreu apenas durante as horas que precederam e sucederam a chuva. Desde o início da tarde desse dia, os ventos apresentavam maior intensidade e direções variando entre NW e SW, com o máximo de velocidade (4 m/s) coincidindo com o horário da precipitação. Após a chuva, os ventos variaram entre as direções SE e NE, com máximos de velocidade entre 2 e 3 m/s. O saldo radiativo

128 decresceu antes e durante a precipitação. Após a chuva, houve um ligeiro acréscimo no fluxo de radiação de onda curta devido à dispersão das nuvens, porém, já se aproximava do horário de por-do-sol e observou-se novamente um decréscimo. Com exceção dos nove dias chuvosos mencionados anteriormente, os demais apresentaram um ciclo radiativo diurno normal para dias de céu claro. Eventualmente, foram observados no ciclo decréscimos isolados dos valores de radiação de onda curta em resposta à formação diurna de nuvens cumulus. Pode-se afirmar que, de uma forma geral, os dias com precipitação apresentaram baixos valores de fluxo radiativo (onda longa e curta), o que influencia no saldo radiativo, no fluxo integrado, no albedo, e, consequentemente, na temperatura do ar e na pressão atmosférica. Por outro lado, a umidade relativa do ar apresentou valores próximos de 100%, devido à presença das nuvens e da chuva na camada baixa da atmosfera.

129 Intercomparison of rainfall satellite products over deforested and forested surfaces in Brazilian Amazônia - FLORIAN DELAHAYE

130 INTERCOMPARISON OF RAINFALL SATELLITE PRODUCTS OVER DEFORESTED AND FORESTED SURFACES IN BRAZILIAN AMAZONIA Delahaye Florian1, Oliveira Rômulo A. J.2, Dubreuil Vincent1, Machado Luiz A.T.2, Angelis Carlos F. 2 1 COSTEL UMR 6554 CNRS LETG, Rennes, FRANCE 2 CPTEC INPE, Cachoeira Paulista (SP), BRAZIL 1. INTRODUCTION In the Brazilian Amazonia, the monitoring of rainfall is a comtemporary important issue to understand the impact of changes in land uses on climate change. The vastness and lack of accessibility of the geographical area studied poses two major difficulties: the monitoring of land use and measurements of precipitation with a network of ground-based instruments sparse, heterogeneous and with a recent implementation [1] (Ronchail et al., 2002). Remote sensing overcomes these spatial gaps. The observation of changes in land uses can be achieved with a significant accuracy with medium spatial resolution sensors (e.g. Landsat, CBERS). The satellite rainfall estimates are complex. Three main types of instruments are used : the instruments Infra-Red (IR), Microwave (MW) and radar. The IR measurements are based on an indirect relationship between the brightness temperature of the cold cloud tops and precipitation rates. The IR data are available with high temporal resolution onboard geostationary satellites (GEO). Measurements of rainfall from MW are based on Planck's law which describes the distribution of electromagnetic radiation of a black body depending on the wavelength at a given temperature. In this spectral range, the precipitating hydrometeors are the main source of atmospheric attenuation. The variable recorded by the sensor is the integrated value of any column of the atmosphere, the abosptions by atmospheric gases, emissions and reflections of land surfaces are included in this value [2] (Kidd et al., 2009). Then there exists a distinction between measures of rainfall from MW on land surfaces and water bodies (oceans, lakes, etc.). Finally, the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) [3] (Kummerow et al., 1998) is the only satellite to date to carry a radar onboard. Many algorithms have been developed to estimate rainfall. Several intercomparison studies were conducted at different spatial and temporal scales, including the IPWG. Multi-source algorithms, combining different instruments described below are most effectively perform. The objective of this study is to quantify the errors of satellite rainfall estimation on two land surfaces with different physical properties: the forest areas and deforested areas (pasture and crops), respectively noted F and D. Two analysis windows of the same area 2.75 x 4.0 (latitude-longitude) are then selected with homogeneous data. The average annual rainfall accumulated is about 2000 mm.year-1 over the period and the availability of daily data are high. The land data come from the PRODES product [4] (Camara et al., 2006), developed by INPE. The validation of

131 satellite products TRMM3B42(v6) [5] (Huffman et al., 2007), CMORPH [6] (Joyce et al., 2004) and PERSIANN [7] (Hsu et al., 1997) are made from ground data. Areas D and F have respectively ten and seven rain gauges. After a quality control, precipitation ground data are interpolated on a regular grid of 0.25 x The technique of kriging based on variographic approach is used. The pixel of grid interpolated containing at least one rain gauge are compared to corresponding pixels of the satellites grid. The statistical comparison is based on the criteria developed by [8] Laurent et al., (1998) and [9] Ebert (2007). The data sets is presented in section Land use data 2. DATA SETS For the behavior analysis and evolution of the deforestation, were used the PRODES (Monitoring the Brazilian Amazonia Gross Deforestation) Digital data, which is a method of computer processing of images related to mapping and the annual estimate (from 2000) of deforestation on the Amazonia. This estimation is performed by interpreting images Sensor TM (Thematic Mapper) of the U.S. Landsat satellite (about 230 shots / year) areas deforested by clear-cutting and greater than 6.25 ha, estimating the extent of gross deforestation, related to a base date (Camara et al., 2006). More about PRODES Digital can be viewed at: In this study we used the period 2000 to 2009, based on the year Figure 1 Land use map from PRODES Digital

132 2.2. Rain gauge data The latitude and longitude boundaries of the validation deforested and forested areas are respectively 8.25 S-11.0 S / W and 8.0 S S / 65.5 W W. Avalaible rain gauges indicate an annual average of rainfall of mm.year-1 for the aera D and mm.year-1 for the aera F. The figure 2 shows the localisation of rain gauges and the annual average of rainfall kriged for the two aeras considered. Figure 2 Localisation of rain gauges used and interpolation of the annual average of rainfall kriged for the forested (top right) and deforested (bottom right) aeras Rainfall algorithms TRMM3B42(v6) The TRMM3B42(v6) algorithm, developped by NASA, is a product of rainfall estimation from TRMM mission. It combines satellite data and ground data on the pattern of TRMM multisatellite Precipitation Analysis (TMPA) (Huffman et al., 2007). Initially, the GPROF algorithm [10] (Kummerow et al, 2001) is used to estimate precipitation incorporating microwave data from satellite LEO. These estimates are calibrated using the parameters of monthly TRMM / TMI Combined Instrument (TCI). The microwave data calibrated estimates are merged with the IR data from GEO satellites and NOAA satellite. Then, estimates of precipitation merged IR / microwave are included in a grid. Finally, measurements of ground data are included in the procedure CMORPH

133 The CMORPH (CPC MORPHING technique) is developped by NOAA Climate Prediction Center (CPC). The technique used rainfall estimates derived from all instruments from LEO, GEO satellites available and TRMM data. A full description of the CMORPH algorithm is presented in (Joyce et al., 2004) PERSIANN The development of the PERSIANN (Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Network) algorithm by the Center for Hydrometeorology and Remote Sensing (CHRS) has undergone several evolutions [11] (Hsu et al., 1997, Hsu et al., 1999). The algorithm use an artificial neural network for the classification procedure. The data inputs provides from GEO satellites. The learning phase uses the outputs of TMI2A12 product. An evaluation of the PERSIANN algorithm is presented in [12] (Sorooshian et al., 2000). For all the satellite products, the output data has a 3 h-resolution for a grid of 0.25 x REFERENCES [1] J.G. Ronchail, M. Cochonneau, J.L. Molinier, A.G. Guyot, C. de Miranda, V. Guimarães, and E. de Oliveira, Interannual rainfall variability in the Amazon basin and sea-surface temperatures in the equatorial Pacific and tropical Atlantic Oceans, Int. J. Climatol., 22, pp , [2] C. Kidd, V. Levizzani, J. Turk, and R. Ferraro, Satellite Precipitation Measurements for Water Resource Monitoring, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 45(3), pp , [3] C. Kummerow, W. Barnes, T. Kozu, J. Shiue, and J. Simpson, The tropical Rainfal Measuring Mission (TRMM) Sensor Package, J. Atmos. Ocean. Tech., 15, pp , [4] Câmara G., Valeriano, D.M., Soares J.V., Metodologia para o Cálculo da Taxa Anual de Desmatamento na Amazônia Legal. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, p. 24, [5] G.J. Huffman, R.F. Adler, D.T. Bolvin, G. Gu, E.J. Nelkin, K.P. Bowman, E.F. Stocker, and D.B. Wolff, The TRMM multisatellite precipitation analysis (TMPA): Quasi-global, multiyear combined-sensor precipitation estimates at fine scales, Journal of Hydrometeorology 8, pp 38 55, [6] R.J. Joyce, J.E. Janowiak, P.A. Arkin, and P. Xie, CMORPH: A method that produces global precipitation estimates from passive microwave and infrared data at high spatial and temporal resolution, Journal of Hydrometeorology, 5, pp , [7] K. Hsu, X. Gao, S. Sorooshian, and H.V. Gupta, Precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks, Journal of Applied Meteorology, Vol. 36, pp , [8] H. Laurent, I. Jobard, and A. Toma, Validation of satellite and groundbased estimates of precipitation over the Sahel, Atmospheric Research, 4748, pp , [9] Ebert, E.E., Methods for verifying satellite precipitation estimates. In: Measuring Precipitation from space : EURAINSAT and the future. Levizzani, V., Bauer, P. and Turk, F.J., eds., Springer, pp , [10] C. Kummerow, Y. Hong, W. S. Olson, S. Yang, R. F. Adler, J. McCollum, R. Ferraro, G. Petty, D.-B. Shin, and T. T. Wilheit, The evolution of the Goddard Profiling Algorithm (GPROF) for rainfall estimation from passive microwave sensors, J. Appl. Meteorol., 40, pp , [11] S. Sorooshian, K.-L. Hsu, X. Gao, H. V. Gupta, B. Imam, and D. Braithwaite, Evaluation of PERSIANN system satellite-based estimates of tropical rainfall, Bull. Amer. Meteor. Soc., 81, pp , [12] K. Hsu, H.V. Gupta, X. Gao, S. Sorooshian, "Estimation of Physical Variables from Multi- Channel Remotely Sensed Imagery Using a Neural Network: Application to Rainfall Estimation," Water Resources Research, 35(5), pp , 1999.

134 Demonstration of how Meteosat-9 data can contribute to Santa Maria CHUVA experiment - HUMBERTO ALVES BARBOSA

135 Demonstration of how Meteosat-9 data can contribute to the Santa Maria s CHUVA experiment Humberto Alves Barbosa LAPIS, Universidade Federal de Alagoas Abstract. The objective of this work is to assist the Santa Maria s CHUVA experiment and to produce early assessments of potential thunderstorms in terms of intensity, extension, duration of the convective cell, and synoptic conditions, through brightness temperature (BT) from Meteosat-9. MSG BT data that are routinely available through the LAPIS (Laboratório de Análise e Processamento de Imagens de Satélites) archive at Universidade Federal de Alagoas (UFAL). The cases have been selected and classified according to four criterion thunderstorms. Several cases represent severe thunderstorm cells developed in a mesoscale convective system (MCS). The storm evolution is the result of coupling between convective signatures as characteristic of cloud top temperature and environments. Extra-tropical thunderstorms are differentiated in three main groups, namely pre-frontal, frontal and stationary. They are characterized at large scale by the presence of important thermodynamical gradients and strong winds, orographic forcing plays a secondary role (see figure). The Meteosat-9 data will be made available, together with appropriate image processing software, to allow the CHUVA s participants (universities) to compare their actual ground observations with Meteosat-9 data. Figure. SEVIRI imagery for 10.8 μm brightness temperatures at 1730Z over Brazil and illustration of a cold front. On October 24th at 1730Z.. Adjusted a logarithmical curve for the water vapor and infrared brightness temperature difference as a function of visible and infrared reflectivity difference observed over thunderstorm tops. Vertical profile at 12Z taken from Galeão airport in Rio de Janeiro, Brazil.