XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 LINHAS CONVECTIVAS ASSIMÉTRICAS Anatoli Starostin Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Meteorologia Av. Ildefonso Simões Lopes, 2751, Pelotas RS, Brasil, Ana Maria Gomes Universidade Estadual Paulista, Instituto de Pesquisas Meteorológicas Rua Agenor Meira, 17-68, Bauru SP, Brasil, Roseli Gueths Gomes Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Meteorologia Av. Ildefonso Simões Lopes, 2751, Pelotas RS, Brasil, RESUMO Neste trabalho foi apresentada a análise da evolução de uma linha convectiva do Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear com região estratiforme (RE) triangular que ocorreu em 05/05/1993 sobre o Estado de São Paulo (Brasil), no referencial móvel com uma velocidade de translação passiva. Outras 9 linhas convectivas com RE triangular foram igualmente analisadas. Mostrou-se que a RE constituiu uma área onde, durante algumas horas antes, convecção profunda se desenvolveram. A forma da região estratiforme depende da relação entre as componentes perpendicular Ve(per) e paralela Ve(par) da velocidade de evolução da linha convectiva. Se Ve(per) for maior que Ve(par) a região estratiforme que se desenvolver será mais correspondente ao caso simétrico. No caso contrário, a região estratiforme que se desenvolver apresentará uma forma triangular, mais correspondente ao caso assimétrico. Nos 8 casos de SCM lineares assimétricos, a concordância entre os ângulos observados da região estratiforme triangular com os calculados foi muito boa. A duração média do formato triangular da região estratiforme foi de 2,3 ± 0,5 horas. INTRODUÇÃO Neste estudo é analisada uma linha convectiva do Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear, que ocorreu sobre o Estado de São Paulo (Brasil) no dia 05 de maio de 1993, e que apresentou uma região estratiforme com formato triangular, com um aumento de largura do lado esquerdo para o lado direito, podendo ser considerada como uma linha convectiva do tipo assimétrico, segundo Houze (1993), que divide os SCMs nos tipos simétrico e assimétrico, de acordo com a posição da região estratiforme atrás da linha convectiva Figura 1. Além desta, outras linhas convectivas com região estratiforme triangular, associadas a SCMs que ocorreram nos Estados do Rio Grande do Sul e Paraná, são igualmente analisadas. Neste trabalho, utiliza-se o horário local. Figura 1. Evolução dos tipos (a) simétrico e (b) assimétrico de uma linha convectiva acompanhada por ampla METODOLOGIA E OS DADOS região estratiforme (adaptação de Houze, 1993). O suporte experimental para o estudo do SCM que ocorreu sobre o Estado de São Paulo foi constituído pelas imagens digitalizadas de refletividade (dbz) obtidas pelo radar Doppler banda-s localizado na cidade de Bauru (Lat: S, Lon: W), coletadas por intermédio de varreduras volumétricas realizadas em intervalos de 15 minutos ou menos, 3581

2 e elevações da antena de 0.3 a 34.9 graus. Neste estudo foram utilizadas as informações geradas pelo PPI (Indicador de Posição no Plano) de 1.7 graus de elevação, com resolução de 1 km X 1 grau em azimute e alcance máximo de 240 km a partir do radar. Na análise do SCM que ocorreu sobre o Estado do Rio Grande do Sul, foram usadas as imagens PPI obtidas pelo radar banda-c localizado na cidade de Pelotas (Lat: S, Lon: W), com raio de 240 e 480 km a partir do radar. Para o SCM que ocorreu sobre o Estado do Paraná, foram utilizados os dados do radar disponibilizados em tempo real no site ( do SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná). A análise da evolução das linhas convectivas foi feito no Referencial Móvel com a Velocidade de Translação Passiva (VTP) utilizando a metodologia desenvolvida por Starostin et.al (1983) e Starostin (1995). Esta metodologia permite eliminar a translação passiva e observar a evolução pura do SCM. No dia analisado, a VTP foi igual a 50 km/h com direção para 110. A acumulação dos ecos de radar, no RM, foi feita usando um programa desenvolvido pelos autores. SISTEMA CONVECTIVO DE MESOESCALA DE 05 DE MAIO DE 1993 Figura 2. Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu sobre o Estado de São Paulo no dia 05 de maio de (a) e (b) imagem instantânea das 14:46 horas da linha convectiva; (c) e (d) imagem acumulada dos ecos de radar com Z> 40 dbz, no sistema referencial móvel, entre 11:01 e 14:46 horas; (f) superposição das imagens 4b e 4d; (e) esquema do desenvolvimento da região estratiforme triangular. a) Descrição detalhada da linha convectiva Em Starostin et al (2002) foi analisado o SCM linear que ocorreu no Estado de São Paulo no dia 05 de maio de 1993, apresentado como a evolução de três linhas convectivas. Uma delas mostrou a região estratiforme triangular durante algumas horas. A Figura 2a mostra esta linha no horário das 14:46h. Como podemos ver, a RE desta linha é evidentemente triangular. A questão que se coloca é de entender a natureza deste fenômeno. A figura 2c apresenta a acumulação, no referencial móvel, de todos os ecos de radar com Z>40dBZ, das 11:01h às 14:46h. É interessante notar que a área ocupada pelos ecos de radar das nuvens convectivas nesta Figura também tem uma forma triangular. Para comparar estas áreas, vamos sobrepor as Figuras 2a e 2c. Para facilitar esta apresentação, os ecos da figura 2a foram pintados na cor azul (fig. 2b) e os da figura 2c o foram na cor vermelha (fig. 2d). A cruz na figura 2c marca a posição do radar meteorológico às 14:46h, horário da imagem da figura 2a. A figura 2f apresenta o resultado da superposição das figura 2b e 2d. A coincidência destas áreas é incrível, uma vez que as imagens das figuras 2b e 2d têm natureza diferente. A imagem desta linha convectiva acompanhada pela região estratiforme na figura 2b é instantânea às 14:46h, mas a imagem na figura 2d é obtida pela acumulação de todos ecos de radar com Z>40 dbz, ou seja, das nuvens Cb durante quase 4 horas. Isso significa que a região estratiforme constituiu uma área onde, durante algumas horas, nuvens de convecção profunda se desenvolveram, ou seja, a região estratiforme foi a memória sobre a evolução passada da linha convectiva. b) Interpretação da evolução da linha convectiva Devido à evolução da linha convectiva em duas direções (paralela e perpendicular à sua orientação), a área do desenvolvimento da convecção profunda, no referencial móvel, assume sua forma triangular (na Figura 2e está indicada pelas linhas vermelhas). Como podemos ver a partir do esquema apresentado na Figura 2e, o ângulo α depende só dos valores da velocidade de evolução na direção paralela à linha convectiva (Ve(par)) e da velocidade de evolução na direção perpendicular à sua orientação (Ve(per)). Realmente, durante um intervalo de tempo T = T

3 T 1 no sistema referencial móvel, a linha convectiva se deslocará ao longo de seu eixo de uma distância D(par)=Ve(par)* T e, ao mesmo tempo, no sentido prependicular à sua orientação D(per)=Ve(per)* T. Evidentemente, tg(α) = D(per)/D(par), ou seja, tg(α) =Ve(per)/Ve(par) (1) O valor do ângulo α não depende do valor da velocidade de translação passiva e pode ser considerado como uma característica da evolução de uma linha convectiva. Podemos dizer que a forma triangular da região estratiforme guarda uma informação sobre a evolução passada da linha convectiva. No caso desta linha convectiva, durante o período de 3 horas, entre 11:46 e 14:46h, Ve(per) foi igual a 27 km/h e Ve(par) foi de 52 km/h. Assim, o ângulo calculado da região com forma de triângulo (α cal ) deve ser igual a α cal = arctg[ve(per)/ve(par)]= 28. O ângulo real da região com forma de triângulo às 14:46h foi igual a 34 (Figura 2b), mostrando uma boa concordância entre o ângulo calculado e o ângulo real. Este resultado pode explicar a formação dos tipos simétrico e assimétrico (Houze, 1993) de linhas convectivas acompanhadas por uma ampla região estratiforme. A forma da região estratiforme depende da relação entre Ve(per) e Ve(par). Se Ve(per) for maior que Ve(par) o ângulo α será maior que 45. Isso significa que a região estratiforme se desenvolverá e que será mais correspondente ao caso simétrico. Se Ve(per) for menor que Ve(par) o ângulo α será menor que 45. Isso significa que a região estratiforme se desenvolverá com forma de triângulo, o que corresponde mais ao caso assimétrico. Este resultado diz que a ocorrência do tipo concreto (simétrico ou assimétrico) dependerá da relação entre Ve(per) e Ve(par). Portanto, se a relação entre Ve(per) e Ve(par) mudar durante o tempo de vida do SCM algumas vezes, teremos tantas vezes a transformação de um tipo ou de outro. Uma transformação do tipo assimétrico ao tipo simétrico aconteceu com esta linha convectiva. A largura da região estratiforme desta linha convectiva aumentou durante 3 horas, mantendo uma largura de 100 km, aproximadamente. Entretanto, a sua evolução no sentido perpendicular continuou, mas este fato não contribuiu a um aumento de sua largura. Esta observação pode ser interpretada assim: o tempo de vida de uma parte da região estratiforme, que se formou como um resultado da dissipação de uma parte da região convectiva até a sua própria dissipação, foi igual a 3 horas. Este resultado explica porque a fronteira posterior da região estratiforme, depois de algumas horas, tornou-se paralela à própria linha convectiva (veja Figuras 1 e 2 no Starostin et al, 2002). c) Determinação dos componentes da velocidade de evolução da linha convectiva do tipo assimétrico A interpretação da formação da linha convectiva com uma região estratiforme triangular feita na parte superior permite desenvolver uma metodologia da determinação dos componentes da velocidade de evolução da linha convectiva do tipo assimétrico. O ângulo da região estratiforme triangular (α) e a orientação da linha convectiva podem ser obtidas de uma imagem de radar. A velocidade do deslocamento da linha convectiva (Vd) pode ser determinada comparando-se as posições da linhas em duas imagens. Sabendo o valor de VTP podemos calcular o componente da VTP na direção perpendicular à orientação da linha convectiva (VTP(per)). Por sua vez, a velocidade de evolução da linha convectiva na direção perpendicular de sua orientação (Ve(per) é igual a Vd VTP(per). Finalmente, usando a equação 1, podemos calcular a componente paralela da velocidade de evolução da linha convectiva (Ve(par). Ve(par) = Ve(per)/ tg(α) (2) No caso da linha analisada vamos calcular os componentes de evolução usando a imagem das 14:46h (Fig. 2a). A orientação da linha convectiva às 14:46h foi de 320 para 140 ; α = 34 ; Vd foi igual a 55 km/h; VTP foi igual a 50 km/h e para 110. O ângulo entre o eixo da linha e VTP foi igual a 30. Por isso, VTP(per) = Vd * sen(30 ) = 27,5 km/h Ve(per) = Vd VTP(per) = 55 km/h 27,5 km/h = 27,5 km/h Ve(par) = Ve(per)/ tg(α) = 27,5/ tg(34 ) = 41 km/h Estes valores foram obtidos sem a utilização da metodologia de análise no referencial móvel. Os componentes da velocidade de evolução da linha convectiva calculados no sistema referencial móvel foram iguais a 27 km/h e

4 km/h, respectivamente, ou seja, foram próximos dos valores dos componentes calculados usando a metodologia proposta. OUTROS SISTEMAS CONVECTIVOS DE MESOESCALA COM REGIÃO ESTRATIFORME TRIANGULAR a) Caso do dia 11 de janeiro de 1996 No dia 11 de janeiro de 1996 duas linhas convectivas foram observadas pelo radar meteorológico com comprimento de onda de 10 cm, da Universidade Federal de Pelotas, no Estado do Rio Grande do Sul. Estas duas linhas apresentaram região estratiforme triangular. A primeira linha, durante o intervalo compreendido entre 14:00 até 16:59h, apresentou uma região triangular com ângulo observado de 35 no final deste período. As componentes paralela e perpendicular da evolução deta linha foram de 69km/h e 46 km/h, respectivamente. De acordo com a equação (1), foi calculado o ângulo da região triangular igual a 34. Figura 3. Linha convectiva que ocorreu sobre o Estado do Rio Grande do Sul no dis 11 de janeiro de 1996 nos horários de 19:54 (a) e de 22:14 (b). Os ângulos da região triangular indicados pelas linhas azuis. A segunda linha, durante o intervalo compreendido entre 18:43 até 22:14h, apresentou uma região triangular. Entretanto, no período entre 18:43 até 20:16 e entre 20:35 até 22:14h, as componentes da velocidade da evolução foram diferentes. No primeiro período, a Ve(par) foi igual a 80 km/h e a Ve(per) foi de 21 km/h. No segundo período, a Ve(par) foi igual a 18 km/h e a Ve(per) foi de 36 km/h. Os ângulos da região estratiforme, para cada período, calculados de acordo com a equação(1) foram de 22 (para o primeiro período) e de 63 (para o segundo período). A Figura 3 mostra a imagem instantânea desta linha no final do primeiro período (Figura 3a) e no final do segundo período (Figura 3b). Os ângulos medidos da região estratiforme foram de 25 e 55 para o primeiro e segundo períodos, respectivamente. b) Caso do dia 24 de novembro de 2000 Figura 4. Seqüência de imagens PPI do radar do SIMEPAR/Paraná do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu no dia 24 de novembro de 2000 nos horários 14:00 (a), 14:45 (b); 15:30 (c); 16:15 (d); 17:00 (e) e 17:45 (f). No dia 24 de novembro de 2000 uma linha convectiva ocorreu sobre o Estado do Paraná e foi observada pelo radar do SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná). Na Figura 4 é apresentada a seqüência das imagens de radar que mostra o desenvolvimento desta linha. A evolução desta linha convectiva foi de um tipo muito raro porque, além da evolução perpendicular à linha, houve evolução nos dois lados (direito e esquerdo) ao mesmo tempo, ou seja, para Sul e para Norte. Como resultado disto, esta linha apresentou uma forma triangular da RE em ambos os lados (Figuras 4e, 4f). A velocidade de evolução para o Sul, durante o período entre 14:30 e 17:00h, tinha componente paralela de 68 km/h e componente perpendicular de 30 km/h. O ângulo da região estratiforme do lado Sul calculado de acordo com a equação (1) foi de 24 e o medido foi igual a 30 (Figura 4e). A velocidade de evolução para o Norte, durante o período entre 15:30 e 17:45h, tinha componente paralela de 72 km/h e componente perpendicular de 29 km/h. O ângulo da região 3584

5 estratiforme do lado Sul calculado de acordo com a equação (1) foi de 20 e o medido foi igual a 25 (Figura 4f). Foram feitas imagens integrais, no RM e para ecos do radar com Z> 40 dbz, para dois períodos: entre 14:30 até 17:00h e entre 15:30 até 17:45h. Estas imagens integrais foram sobrepostas (da maneira descrita acima, veja Figura 2) às imagens instantâneas relativas ao final de cada período. O resultado desta superposição é mostrada na Figura 5. Como no caso do dia 05 de maio de 1993, a coincidência entre a área do eco de radar da linha na imagem instantânea e a imagem integral (do dia 24 de novembro de 2000) foi muito boa (Figuras 5a e 5b). c) Outros casos Figura 5.Linha convectiva que ocorreu sobre o Estado do Paraná no dia 24 de novembro de (a) imagem instantânea (na cor azul) desta linha às 17:00 horas e imagem acumulada (na cor vermelha) dos ecos de radar com Z> 40 dbz entre 14:30 e 17:00 horas; (b) imagem instantânea (na cor azul) desta linha às 17:45 horas e imagem acumulada (na cor vermelha) dos ecos de radar com Z> 40 dbz entre 15:30 e 17:45 horas. Foram analisados 8 linhas convectivas com presença de regiãoestratiforme na forma tringular. Algumas características destas linhas são apresentadas na tabela 1. A concordância entre os ângulos α das regiões estratiformes triangulares medidos e calculados foi muito boa. O tempo de duração média deste fenômeno foi de 2,3 ± 0,5 hora. Os valores das componentes perpendicular Ve(per) e paralela Ve(par) da velocidade de evolução da linha convectiva variaram entre 16 e 46 km/h e 18 e 80 km/h, respectivamente. Os valores médios destas componentes foi de Ve(per)=28,5±9,5 km/h e Ve(par)=55,4±18,6 km/h. Tabela 1. Características das linhas convectivas com presença da região estratiforme triangular. Data Região Duração (horas) Ve (km/h) Ve (km/h) α calcul (em graus) α medido (em graus) Notações SP RS 2, RS SL RS 1, intervalo do 2 SL RS intervalo do 2 SL RS 2, RS 2, RS 1, PR 2, Parte sul PR 2, Parte norte CONCLUSÕES Neste trabalho foi apresentada a análise da evolução de uma linha convectiva do Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear com região estratiforme triangular que ocorreu no dia 5 de maio de 1993 sobre o Estado de São Paulo, no sistema referencial móvel com uma velocidade de translação passiva. Outras 9 linhas convectivas com região estratiforme triangular foram igualmente analisadas. 3585

6 Foi mostrado que a região estratiforme constituiu uma área onde, durante algumas horas antes, nuvens de convecção profunda se desenvolveram, ou seja, a região estratiforme foi a memória sobre a evolução passada da linha convectiva. A forma da região estratiforme depende da relação entre as componentes perpendicular Ve(per) e paralela Ve(par) da velocidade de evolução da linha convectiva. Se Ve(per) for maior que Ve(par) a região estratiforme que se desenvolver será mais correspondente ao caso simétrico. No caso contrário, a região estratiforme que se desenvolver apresentará uma forma triangular, mais correspondente ao caso assimétrico. Por isso, se a relação entre Ve(per) e Ve(par) mudar durante o tempo de vida do SCM, haverá uma transformação de um tipo para outro, tantas vezes quantas forem as mudanças de relação entre estas duas componentes de velocidade. Dos 8 casos de SCM lineares assimétricos, os valores da componente paralela Ve(par) foram, em média, o dobro da componente perpendicular Ve(per). A concordância entre os ângulos observados da região estratiforme triangular com os calculados foi muito boa. A duração média do formato triangular da região estratiforme foi de 2,3 ± 0,5 horas. REFERÊNCIAS BIBLIORÁFICAS HOUZE, R.A Jr. Cloud Dynamics. Academic Press, Inc., 573 p, STAROSTIN, A. Estrutura de mesoescala e evolução do campo da nebulosidade Cb. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 10, n. 1, p.10-18, STAROSTIN, A., LIVSHITS, E.M., SHVETSOV, V.S. Mesoscale structure of the radar echo fields from convective clouds in Moldavia. Meteorology and Hydrology, Moscou, Hydrometeoizdat, n. 10, p.55-59, STAROSTIN, A., GOMES, A.M., GOMES, R.G. Evolução discreta das linhas convectivas. In: XII CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, Foz Iguaçu, 4 a 9 de agosto de 2002, anais, Foz Iguaçu,