Análise do desempenho do modelo de previsão WRF para um evento extremo ocorrido no Rio Grande do Sul

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1 Análise do desempenho do modelo de previsão WRF para um evento extremo ocorrido no Rio Grande do Sul ¹Camila Tavares Homann, 2 Alex Santos da Silva, 3 Lia Martins Costa do Amaral, 4 Yoshihiro Yamasaki 1234 Universidade Federal de Pelotas - UFPel- Ave. Ildefonso Simões Lopes Pelotas - RS, Brazil ¹camila.homann@yahoo.com.br RESUMO: Nos últimos anos, têm- se observado um maior número de eventos severos quanto à magnitude do vento, nas regiões Norte e Oeste do estado do Rio Grande do Sul. Um destes ocorreu no dia 30 de novembro de 2009 no Noroeste do estado, afetando, dentre outras, as cidades de São Borja e Santo Cristo, localizadas a 28.4 S/56 O e 27.5 S/54.4 O respectivamente. Segundo a análise sinótica do evento, este foi caracterizado por um sistema frontal, que se deslocou da fronteira do estado com o Uruguai, e se intensificou à medida que adentrava o estado. O modelo de previsão de mesoescala WRF ( Weather Research and Forecast) foi processado com grades de alta resolução espacial, em três domínios aninhados, com resolução de 18, 6 e 2 km respectivamente - sendo o último com foco na região de interesse - para simular as condições do tempo relacionadas com ventos de grande intensidade. Palavras chave: modelo, sistema frontal ABSTRACT: In recent years a great number of severe weather events related to winds have been observed over the North and West regions of Rio Grande do Sul state. One of those occured on November 30 th, 2009 in the northwestern region of the state, affecting São Borja (28.4 S/56 W) and Santo Cristo ( 27.5 S/54.4 W) cities among several others. The synoptic analysis of this event has been characterized as a frontal system, which moved from the border line of the Rio Grande do Sul state and Uruguay, intensifying as it intruded toward the state. The WRF mesoscale model forecasting system has been processed with high resolution horizontal grid, for three integration domains - respectively with 18, 6 and 2 km grid space - the highest resolution of which covering the main region of interest - to simulate the weather conditions related to strong wind conditions. Keywords: mesoscale model, frontal system, wind 1. INTRODUÇÃO Na madrugada do dia 30 de novembro de 2009, o noroeste do estado do Rio Grande do Sul foi bastante castigado tanto pelas chuvas intensas como pelos ventos de grande magnitude. O evento causou consideráveis prejuízos tanto nas atividades do setor econômico quanto no social. Dentre outras, as cidades mais afetadas foram a de São Borja ( 28.4 S e 56 O) e de Santo Cristo (27.5 S e 54.4 O). Em São Borja o vendaval deixou um saldo de mais de 600 árvores caídas e, cerca de, 105 casas danificadas. Postes de iluminação, transformadores de energia e torres de transmissão foram derrubados com o vento. Em Santo Cristo a intensidade do vento foi tamanha - chegou destelhar cerca de 90% das casas - derrubar da ordem de 70% dos postes de energia elétrica e ocasionar a falta de energia elétrica

2 durante 36 horas. Eventos relativamente severos, no que diz respeito aos ventos, próximos à superfície, vêm ocorrendo com certa frequência, notadamente nos últimos anos, particularmente na região oeste e norte do Estado do Rio Grande do Sul, onde esse fato não era comumente observado. No âmbito das pesquisas de fenômenos atmosféricos e previsão do tempo em mesoescala, o sistema de modelagem numérica do tempo WRF ( Weather Research and Forecast) vem sendo amplamente e crescentemente empregado como ferramenta que representa o estado da arte na simulação atmosférica de mesoescala. Esse modelo foi empregado para simular e verificar sua desenvoltura, quanto à ocorrência dos intensos ventos próximos à superfície sobre o Estado do Rio Grande do Sul, com o enfoque particular na região oeste do Estado. 2. METODOLOGIA O modelo WRF foi configurado para três domínios de integração, conforme apresentado na Fig 1. O primeiro domínio (D1) foi configurado com 79 por 64 pontos de grade (Oeste/Leste x Norte/Sul), o segundo (D2), com uma grade de 142 por 103 pontos e o terceiro (D3) centrado na região do enfoque principal, com 157 por 124 pontos de grade. Esses domínios foram integrados com resolução espacial horizontal de 18 km, 6 km e 2 km, respectivamente e 35 níveis sigma na vertical, com o topo em 50 hpa. A simulação foi feita para um período de 24 horas, compreendidas entre as 00 UTC do dia 30 de novembro e 00:00UTC do dia 01 de dezembro com passo de tempo do D1, de 54 segundos. Fig 1 - Domínios utilizados no modelo WRF O processamento do modelo WRF foi realizado utilizando como condições iniciais e de contorno, os prognósticos do modelo global GFS ( Global Forecast System) em formato GRIB2. Estes prognósticos foram obtidos através do Sistema de Distribuição de Dados via Internet (IDD/LDM), implantado na Universidade Federal de Pelotas (UFPel). As principais parametrizações utilizadas no processamento estão apresentadas na Tabela 1. Parametrizações: Domínio 1 Domínio 2 Domínio 3 Microfísica WSM-3 WSM-3 WSM-3 Radiação OL RRTM RRTM RRTM Radiação OC Dudhia Dudhia Dudhia CLP YSU YSU YSU Cumulus Kain-Fritsch Explícito Explícito Tabela 1 - indicação das parametrizações utilizadas no processamento do modelo

3 A análise e avaliação do sistema frontal foram procedidas utilizando, além dos dados convencionais e os resultados do modelo WRF, as imagens no infravermelho do satélite GOES RESULTADOS E DISCUSSÃO A imagem do satélite GOES10, das 00:00UTC do dia 30/11/2009, apresentava a penetração de uma frente fria sobre o Rio Grande do Sul que tinha o seu ramo frio estendido, aproximadamente de 50 S/50 O a 30 S/63 O. A imagem ilustrava uma banda de nebulosidade, constituindo uma linha de instabilidade, que já cobria todo Uruguai e grande parte do Estado do Rio Grande do Sul. Esse sistema frontal, nas horas subsequentes, avançou cobrindo todo estado, como pode ser constatado nas imagens das 05:00UTC e 07:00UTC apresentadas nas Fig. 2 e Fig. 3, respectivamente. Este sistema frontal não apresentou uma significativa evolução temporal, porém permaneceu praticamente estacionário durante esse período, com uma sensível redução no centro de mínima da temperatura de topo das nuvens, eventualmente caracterizado pelo aumento da intensidade da radiação solar e não apenas pela condensação. Fig 2 - imagem infravermelha do satélite GOES10 às 05:00UTC do dia 30/11/2009 Fig 3 - imagem infravermelha do satélite GOES10 às 07:00UTC do dia 30/11/2009 As condições do tempo que prevaleciam no estado do Rio Grande do Sul, antes da penetração do sistema frontal, eram de alta temperatura (acima de 30 C) e relativamente baixa umidade, praticamente sobre todo o estado. O desenvolvimento dos altocumulus com a penetração da frente pode, eventualmente, ter causado muitos "microburst", bem como "macroburst" associados com as intensificações do sistema frontal ao encontrar o ambiente que favoreceu, desta forma, a formação desses eventos, ocasionando os fortes ventos registrados em diversos locais do estado. Este fenômeno pode ocorrer como consequência de dois fatores - a presença de nuvens com grande desenvolvimento vertical e a alta temperatura da superfície. Ele é caracterizado por ter uma forte precipitação que acaba por não chegar à superfície - re-evaporada pela elevada temperatura - mas o vento originado deste movimento descendente das gotículas de água, não altera sua magnitude vertical, e acaba por formar pequenos núcleos com circulação ciclônica ou anticiclônica próximo ao solo- devido à divergência do mesmo. Contudo, não é possível definir com exatidão se o responsável pelos vendavais na região Oeste foi mesmo o fenômeno de macroburst, devido à limitação de dados observados na superfície.

4 Nas Fig.4 e Fig.5 são apresentados os campos do vento a 10m de altura, para o D1, simulados, respectivamente - para as 05:00UTC e 07:00UTC ( ou seja 3 e 5 horas da madrugada, em horário local). A intensificação dos ventos, à medida que o sistema avançava para o estado do Rio Grande do Sul, foi particularmente significativa. Nota- se claramente que o modelo foi capaz de simular com a devida destreza não apenas a penetração do sistema frontal, bem como a intensificação do mesmo, à medida que ele transpassou a fronteira do Uruguai, no sentido sudoeste-nordeste com o tempo. Fig 4 - Direção e magnitude do vento à 10 metros (em m/s) às 05:00 UTC Fig 5 - Direção e magnitude do vento à 10 metros (em m/s) às 07:00UTC Na Fig. 6 é apresentado, para D3, o campo de vorticidade absoluta a 10m, previsto para as 07:00UTC do dia 30/11/09. Um centro de mínima é observado, aproximadamente sobre 29.0 S e 55.9 O, caracterizando a circulação anticiclônica. Este centro, com formação incipiente na Argentina (próximo a 28.9 S e 56.6 O), as 05:00UTC, aumentou sua intensidade ao propagar na direção ao estado do Rio Grande do Sul. Os dados da estação de São Borja, da rede de estações de superfície do INMET, apresentam registros de 59,4 mm de precipitação acumulada, no período compreendido entre 05:00UTC e 11:00UTC. O modelo WRF, para mesmo período de tempo, apresentou uma precipitação acumulada entre 60 e 70 mm, conforme apresentado na Fig.7. Fig 6- vorticidade absoluta a 10m de altura às 07:00UTC de 30/11/2009(10-3 /s) Fig 7 - precipitação acumulada das 05:00 às 11:00UTC do dia 30/11/2009 (em mm)

5 4. CONCLUSÃO Apesar da indisponibilidade de dados observados com alta resolução espacial compatível com a da resolução do modelo processado em alta resolução (D3, de 2 km), os prognósticos obtidos foram caracterizados pela eficiência na comparação com a veracidade dos fatos. O modelo foi capaz de prever com destreza, a penetração do sistema frontal, que se desenvolveu desde a fronteira com o Uruguai/Rio Grande do Sul. Os resultados dos processamentos, armazenados com a frequência de 30 minutos permitiu constatar, também, que os picos apresentados no sistema foram previstos, juntamente nos instantes de ocorrência. A precipitação acumulada durante 6 horas, para a cidade de São Borja, registrada pelo INMET (59.4mm) foi praticamente o mesmo previsto pelo WRF (60 a 70 mm) As análises dos prognósticos do modelo WRF revelam que nas proximidades da linha da frente ocorreram ventos descendentes de intensidade relativamente alta, associados com centros de vorticidade potencial dos altos níveis da atmosfera - não apenas como núcleos isolados, mas sim em vários locais ao longo da linha de instabilidade. Esses fatos levam à especulação de que, como houve condições propícias, ocorreram intensificações dos ventos nos baixos níveis sobre certas regiões ao longo da frente. Por conseguinte os eventos - dos fortes ventos e de curta duração - que causaram grandes danos materiais e que foram noticiados pela imprensa, devem ser consequencia dos micro e "macrobust" estabelecidos. 5. REFERÊNCIAS INMET. Disponível em: < Acesso em: 19 mar CPTEC. Disponível em: < Acesso em 19 mar ZERO HORA. Disponível em: < Acesso em 19 mar.2010 TERRA. Disponível em: < noticias.terra.com.br> Acesso em 19 mar.2010 Tech Note. Disponível em: < ARW version 3 Modeling Systems User's Guide meteorology division-ncar Mesoscale and Macroscale 6. AGRADECIMENTOS Às instituições que proveram os dados e suportes imprescindíveis à realização do trabalho: PET/UFPel; NCEP; UCAR; INPE e UFPEL.