Análise de um caso de evento extremo ocorrido em áreas do Sul do Brasil no dia 21 de outubro de 2013.

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1 Análise de um caso de evento extremo ocorrido em áreas do Sul do Brasil no dia 21 de outubro de Resumo Áreas de instabilidade atuaram sobre os Estados do Sul do Brasil ao longo desta segunda-feira (21/10/2013) favorecendo a intensificação da convecção e a formação de nuvens com significativo desenvolvimento vertical, propiciando a ocorrência de temporais acompanhados de muitos raios, ventos com intensidades superiores a 100 km/h e acumulado significativo de chuva em algumas localidades resultando em fortes impactos à população de algumas cidades como Cascavel-PR, Santa Maria, São Luiz Gonzaga e São Borja no RS e Bom Jardim da Serra em SC. Os temporais foram provocados pela dinâmica, alimentada pela difluência na alta troposfera bem como pela atuação de cavados de ondas curtas entre 250 e 500 hpa e cavados entre 700 hpa e superfície, combinados ao significativo padrão termodinâmico, provocado pelo fortalecimento do Jato de Baixos Níveis (JBN), sistema que intensificou o transporte de calor e umidade de latitudes mais baixas para áreas do Sul do país e, também, do MS propiciando todo este comportamento instável na atmosfera A forte instabilidade ocorrida neste dia 21 foi prevista com cerca de 48h de antecedência sendo possível o envio de Avisos à Defesa Civil Nacional para a tomada de ações que visam mitigar os efeitos provocados pela condição de tempo severo. Material e método Neste trabalho foram utilizadas, para as análises dos sistemas meteorológicos atuantes, as cartas sinóticas elaboradas pelo Grupo de Previsão de Tempo (GPT) do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) nos seguintes níveis: superfície, 850 hpa, 500 hpa e 250 hpa. Para a visualização dos sistemas que se formaram na área de estudo foram utilizadas imagens de satélite Goes13 horária, com realce de temperaturas, obtidas no DSA/INPE/NOAA. Para a visualização espacial das descargas elétricas utilizou-se o mapa de acumulado de raios para o dia em questão fornecido pelo DAS/ELAT. Para a detecção de áreas de risco elevado de ocorrência de tempo severo utilizou-se ferramentas de saídas gráficas de modelos numéricos, ferramentas baseadas na combinação de diversas variáveis meteorológicas e que são chamadas de método automático. A ferramenta chamada Método Automático segue alguns critérios estabelecidos e que estão descriminados abaixo: Os limiares utilizados em cada carta a seguir foram escolhidos a partir de valores de referência encontrados na literatura (Beneti e Silva Dias, 1986; Henry, 1987; Silva Dias,

2 2000; Nascimento 2005, Escobar e Andrade, 2010) e baseados na experiência operacional dos meteorologistas previsores do Grupo de Previsão de Tempo (GPT) do CPTEC, sendo válidos essencialmente para regiões subtropicais e médias da América do Sul. Os limiares utilizados pelo GPT foram definidos empiricamente a partir de estudo de casos utilizando dados de reanálises, radiossondagens e modelos numéricos de previsão de tempo. Além disso, agrega-se a ampla experiência prática dos autores, que reconhecem existir limitações em atribuir faixa de valores específicos para discriminar diferentes estágios de convecção, sem a realização prévia de um estudo estatístico. Os estágios de severidade e os critérios utilizados em cada carta de tempo são descritos a seguir: i. Carta - Pancada de chuva por calor e umidade: adequada para identificar precipitação convectiva, porém não necessariamente intensa e bem distribuída. O critério inclui uma combinação entre os índices de instabilidade K (superior a 30) e TTS (superior a 45). Nesta carta ainda são plotadas o vento em 250 hpa maior que 20 m/s e em 850 hpa maior que 10 m/s. ii. Carta - Pancada de Chuva com Trovoada: o objetivo desta carta é identificar chuvas geralmente moderadas ou intensas e acompanhadas de atividade elétrica. Neste caso, leva-se em consideração a combinação das seguintes variáveis: umidade relativa média nas camadas 1000/850 hpa e 850/500 hpa acima de 60%; omega em 500 hpa negativo e inferior a -0,05 Pa/s; TTS > 45 e K > 30. iii. Carta - Tempestade: o objetivo desta carta é identificar a ocorrência de tempo mais severo, geralmente associado com chuvas torrenciais, rajadas de vento, abundantes descargas elétricas e até presença de tornados. Neste caso, o critério é idêntico à carta anterior (ii), porém com limiares mais restritivos de TTS (TTS>48) e K (K>33). iv. Carta - Granizo: esta carta tem como intuito identificar prováveis áreas com potencial para ocorrência de granizo, através do seguinte critério: omega negativo em 500 hpa inferior a -0,05 Pa/s; umidade relativa média nas camadas 1000/850 hpa e 850/500 hpa acima de 60%; SWEAT > 220 e TTS> 52. Silva Dias (2000) sugere como condição para tempestades com granizo valores de TTS superiores a 50, enquanto o índice K pode apresentar valores não necessariamente elevados. É plotado também nesta carta a temperatura no nível de 500 hpa e os valores negativos de omega em 500 hpa (Pa/s) inferiores a -0.3 Pa/s. Vale ressaltar que esta carta não foi desenvolvida para o uso específico de previsão de vendavais, no qual a umidade moderadamente alta em toda a média troposfera pode desfavorecer as tempestades geradoras de ventos intensos (Wakimoto, 2001). Os autores já observaram tempestades acompanhadas de granizo com elevada umidade relativa do ar na camada média, inclusive com valores de K acima de 35. Esta característica se observa com mais frequência em latitudes subtropicais ou em ambientes com características tropicais. Os autores reconhecem as limitações desta carta e a necessidade de melhorias futuras.

3 Análise O campo de 250 hpa (Figura 01) mostra claramente a norte do Jato Subtropical (JST, linha vermelha) a intensa difluência no escoamento sobre a Região Sul do Brasil, condição dinâmica que atingia, também, parte do MS e do Estado de SP. Este comportamento provoca divergência de massa neste nível e, consequentemente, resulta na intensificação da convecção nas camadas mais baixas da troposfera alimentando assim a formação de nuvens com significativo desenvolvimento vertical tipo cumulonimbus, nuvens associadas a situação de tempo severo. Além do comportamento descrito anteriormente, podia-se observar a atuação de um cavado de menor amplitude cujo eixo se estendia de forma meridional entre o noroeste do PR, oeste de SC e norte/noroeste do RS. Este sistema intensificou o levantamento potencializando o desenvolvimento das áreas de instabilidade e da condição para a formação de nuvens de tempestades sobre áreas do centro-sul do Brasil. Percebe-se também entre a ondulação ciclônica do JST no norte da Argentina, justamente na área onde se observa outro cavado de maior amplitude cujo eixo estendese entre o norte da Argentina, Província de Buenos Aires, propagando-se pelo Atlântico adjacente. Este sistema advectam vorticidade ciclônica que alimentam a instabilidade sobre áreas entre SP, MT e Sul do Brasil. Figura 01 Carta sinótica de altitude (250 hpa) elaborada pelo Grupo de Previsão de Tempo do CPTEC/INPE no dia 21/10/2013 às 12Z. Percebe-se, em 500 hpa (Figura 02), o fluxo de oeste com curvatura ciclônica sobre a área continental, entre 20 S e 35 S. Este padrão de circulação reforça o levantamento na coluna troposférica. Nota-se o gradiente significativo no campo de altura geopotencial, além de forte gradiente de temperatura e a atuação de fortes ventos, refletindo a atuação dos Jatos na alta troposfera. Todo este padrão descrito indica a presença de uma atmosfera fortemente baroclínica e, que combinada ao deslocamento de cavados, auxilia a criar um ambiente ciclogenético nas camadas mais baixas e a manter a instabilidade, principalmente sobre áreas do Sul do Brasil. Outro fato que contribui para garantir a instabilidade é a temperatura baixa favorecida pela atuação dos cavados. Sobre SC verifica-se isoterma de -9 C e isoterma de até de - 15 C no centro-sul do RS. As baixas temperaturas combinadas à umidade na coluna 500/1000 hpa e às temperaturas relativamente mais altas em superfície intensificam os índices de instabilidade como TotalTotals (TT), VerticalTotals (VT), Lifted e etc, situação que pode gerar condição para temporais associados à queda de granizo e, em casos mais extremos, a formação de pequenos tornados.

4 Figura 02 Carta sinótica na média troposfera (500 hpa) elaborada pelo Grupo de Previsão de Tempo do CPTEC/INPE no dia 21/10/2013 às 12Z. Nota-se o padrão de circulação anticiclônico sobre grande parte do território brasileiro (Figura 03). Este comportamento reflete a atuação da Alta Subtropical do Atlântico Sul que atua em superfície centrada sobre o Atlântico, porém, com sua borda ocidental dominando o escoamento sobre parte do continente Sulamericano. Justamente na porção mais ocidental deste escoamento nota-se o a atuação de ventos de quadrante norte evidenciando a presença do Jato de Baixos Níveis (JBN) direcionado principalmente para o MS, PR e parte de SP. Este máximo de vento cria uma pista transportadora por onde escoa massa umidade e quente do sul da Amazônia para a região do Paraguai, norte e nordeste da Argentina, Sul do Brasil e parte do MS e de SP, condição que alimenta e potencializa o padrão termodinâmico sobre estas áreas. Ainda é possível notar mais a sul ventos de quadrante sul desde a província de Buenos Aires na Argentina e Uruguai, até o sul da Bolívia. Estes ventos advectam ar mais frio presentes sobre o Atlântico (a sul de 38 S), sul da Província de Buenos Aires e Patagônia, ar frio que pode ser indicado pela isoterma de 0 C (linha contínua preta). O choque entre a massa de ar frio, oriunda da região do Atlântico e Patagônia, com o ar mais quente e úmido, originário do sul da Amazônia combinado ao padrão dinâmico ao longo da coluna troposférica, propicia condições favoráveis a intensa atividade convectiva sobre áreas entre Paraguai, norte da Argentina, sul da Bolívia, Sul do Brasil e MS. Figura 03 Carta sinótica na baixa troposfera (850 hpa) elaborada pelo Grupo de Previsão de Tempo do CPTEC/INPE no dia 21/10/2013 às 12Z.

5 Nota-se um amplo cavado em superfície (figura 04) cujo eixo estende-se desde o norte da Bolívia, passando pelo Paraguai e pelo Estado do RS, no Brasil. Este sistema favorece a convergência de massa, entre a Bolívia e os estados do Sul brasileiro, alimentando o padrão termodinâmico sobre estas áreas. Mais a sul percebe-se uma frente fria atuando entre o Atlântico, Uruguai e parte do norte da Argentina. Sobre a Argentina percebe-se a circulação anticiclônica cujo comportamento tende a advectar ar mais frio da retaguarda do sistema frontal para latitudes mais baixas, ar frio que incursiona até áreas do Paraguai, norte da Argentina, Uruguai e extremo sul do RS propiciando choque entre a massa fria e a quente, posicionada mais a norte, condição que resulta na intensificação da convecção, principalmente, na área de divisa entre as duas massas de ar. Figura 04 Carta sinótica de superfície (1000 hpa) elaborada pelo Grupo de Previsão de Tempo do CPTEC/INPE no dia 21/10/2013 às 12Z. Ressalta-se que a análise sinótica tem um papel importante para a detecção dos sistemas meteorológicos que atuam sobre determinada áreas e, é a partir dele que se consegue desenvolver um prognóstico mais detalhado e com maior grau de precisão. A condição de instabilidade atmosférica sobre esta parte do Brasil foi detectada pelos meteorologistas do GPT/CPTEC/INPE, pelo menos, com 72 horas de antecedência. Ao longo deste período foi possível identificar nas diversas rodadas dos modelos numéricos de previsão de tempo, através de suas diversas variáveis meteorológicas (Figura 05), a condição de tempo severo sobre uma ampla área do Sul do país com índices de instabilidade bastante significativos e que poderiam resultar na ocorrência de tempo severo sobre algumas áreas dos três estados desta Região. Além da forte instabilidade, associada à severidade, alguns modelos (Figura 06) indicavam, também, condição para acumulados significativos de chuva em algumas cidades, principalmente entre os Estados do RS e de SC.

6 Previsão Os modelos numéricos (Figura 05) de previsão de tempo ETA15 (Figura 05 A, B, C) e GFS (Figura 05 D, E, F) indicavam condições para tempo severo sobre áreas do Sul do Brasil, pelo menos, com bastante antecedência. Nota-se, na figura abaixo, forte instabilidade indicativa de condição de tempo severo associada à chuva intensa, trovoadas e até queda de granizo. A área hachurada em vermelho (Figura 5A, à esquerda) ocorre quando surge, simultaneamente, uma combinação de variáveis: índice K maior que 30; TTS maior que 45; ômega negativo (-5); umidade relativa maior que 60% na camada 850/700/500 hpa; divergência em 250 hpa e jato em 250 hpa. Neste caso temos condição para pancadas de chuva com trovoadas, condição que pode vir acompanhada de tempo severo pontual. A área hachurada em lilás (Figura 5A, centro) ocorre quando, simultaneamente, temos os seguintes valores: K maior que 33; TTS maior que 45; ômega negativo (-5); umidade relativa maior que 60% na camada 1000/500 hpa; vento (setas) em 850 hpa maior que 8 m/s; vento norte (verde) em 850 hpa maior que 8 m/s; água precipitável; jato em 250 hpa. Neste caso temos condições de instabilidades que favorecem a ocorrência de tempestades. A severidade seria maior do que na figura à esquerda. A área hachurada em azul (Figura 5A, à direita) ocorre quando, simultaneamente, temos os seguintes valores: TTS maior que 52; SWEAT maior que 220; ômega -5; umidade relativa média na camada 850/700/500 hpa maior que 80%; altura geopotencial em 500 hpa; linha de corrente em 500 hpa; temperatura em 500 hpa; ômega inferior a -5; temperatura em 850 hpa. Neste caso a condição de severidade é ainda maior em função dos limiares estabelecidos, condição críticas que podem provocar granizo e até tornado em raros casos. Nota-se que, tanto o ETA15 como o GFS indicavam áreas hachuradas indicativa de condição de tempo severo. Estas condições foram observadas tanto em 72h (Figuras 5A e 5D), como em 48h (Figuras 5B e 5E) e, também, em 24h (Figuras 5C e 5F), condição que manteve elevada a probabilidade de ocorrência de tempo severo sobre parte do Sul do Brasil.

7 A) D) B) E) C) F) Figura 05 Campo de saída dos modelos numéricos de previsão de tempo, baseadas na combinação de diversas variáveis meteorológicas (método automático), que indica o prognóstico de condições de tempo severo do modelo ETA15 para 24, 48 e 72h (C, B e A, respectivamente) e, do modelo GFS, também, para 24, 48 e 72h (D, E, F, respectivamente), prognósticos para o dia 21/10/2013. O campo de chuva acumulada para 24 dos modelos numéricos Brams 5km, ETA 15 km e GFS (Figura 06) indicavam volumes de chuva expressivos para o Sul do Brasil, ou seja, os modelos numéricos indicavam, além da forte instabilidade, mostrada nas figuras anteriores, que a atmosfera mantinha-se potencialmente favorável a ocorrência de acumulados significativos de chuva. A mesma figura mostra que modelos numéricos conseguiram prognosticar com destreza tal situação com, pelo menos, 72h de antecedência, situação que passava alta confiabilidade ao prognóstico.

8 A B C Figura 06 Acumulados de precipitação em 24 h observado e previsto pelos modelos BRAMS 05 (A); ETA 15km (B) e GFS (C) para o dia 21/10/2013. Levando-se em conta a grande semelhança das informações dada pelos diversos modelos numéricos, a alta confiabilidade das informações em função da não variabilidade das saídas dos modelos numéricos nas diferentes rodadas (72h até o dia em questão), o poder de análise, conhecimento e decisão por parte do meteorologista Previsor foi possível encaminhar, à Defesa Civil Nacional, instituições de meteorologia, instituições governamentais e não governamentais, além de disponibilizar no Site do CPTEC, boletim meteorológico informativo sobre as condições atmosféricas potencialmente favoráveis a ocorrência de chuvas intensas e com chance de acumulados significativos sobre diversas áreas do Sul do Brasil no dia 21 de outubro de Os boletins foram emitidos desde o dia 19/10/2013 (tabela 01) e encaminhado às diversas instituições para conhecimento e tomada de decisão. Data de Publicacao: Data de Expiracao: :28:14 Regiao: Sul Sudeste Nordeste Norte Centro Titulo: Atualizacao: ZCOU provoca chuva forte em parte do Brasil Nivel: Nível II Tipo: Estado de Atenção Descricao:...Na segunda-feira (21/10)...Neste dia, áreas de instabilidade provocarão chuva intensa localizada no oeste, norte, centro e noroeste do RS, sul e centro-oeste de SC, oeste e sudoeste do PR... Nestas áreas as chuvas virão acompanhadas de raios, ventanias e ocasional queda de granizo... GPT/CPTEC/INPE

9 Data de Publicacao: Data de Expiracao: :45:47 Regiao: Sul Centro Titulo: Tempestades severas em parte do RS, SC, PR e MS Nivel: Nível II Tipo: Estado de Atenção Descricao: Entre o final da noite de hoje (20/10) e madrugada de segunda-feira (21/10), áreas de instabilidade se formarão sobre o RS, atingindo inicialmente a fronteira o oeste e sul do estado gaúcho. No decorrer da segunda-feira a chuva forte se espalhará rapidamente para as demais regiões do RS, SC (começando pelo oeste), centro-oeste e norte PR e sul de MS. Em algumas áreas haverá temporais isolados, com rajadas de vento, raios e queda de granizo, com maior chance nas seguintes regiões: Fronteira Oeste, Planalto Norte e Alto Uruguai no RS, meio-oeste e oeste de SC, sudoeste e oeste do PR e extremo sul de MS. Ressalta-se que estes temporais poderão apresentar alto poder destrutivo.... GPT Data de Publicacao: Data de Expiracao: :56:04 Regiao: Sul Centro Titulo: Atualizacao: Tempestades severas em parte do RS, SC, PR e MS Nivel: Nível II Tipo: Estado de Atenção Descricao: Na madrugada desta segunda-feira (21/10) áreas de instabilidade se formarão provocando chuva intensa sobre áreas do RS, atingindo inicialmente a fronteira o oeste e sul do estado gaúcho. No decorrer do dia a chuva forte se espalhará rapidamente para as demais regiões do RS, áreas de SC (começando pelo oeste), centro-oeste e norte PR e sul de MS. Em algumas áreas haverá as chuvas intensas virão com ventanias, raios e, ocasional queda de granizo. Não se descarta a ocorrência de acumulado significativo de chuva, principalmente, no centro-oeste e noroeste do RS e oeste de SC. Ressalta-se que estes temporais poderão apresentar alto poder destrutivo... GPT Tabela 01 Avisos Meteorológicos elaborados pelo GPT/CPTEC indicando condição de tempo severo para o Sul do Brasil para o dia 21/10/2013. Resultados da instabilidade Todo o processo de instabilidade resultou na formação de nuvens com significativo desenvolvimento vertical, padrão que propiciou a formação de núcleos convectivos bastante intensos (Figura 07) similares aos Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM). Nota-se que a instabilidade mais significativa formou-se no início da madrugada às 03 UTC (Figura 07A) atingindo áreas das Províncias de Santiago Del Estero, Chaco, Santa Fé, Entre Rios e Corrientes, na Argentina e, porção noroeste do Uruguai e oeste do estado do Rio Grande do Sul no Brasil. A instabilidade atingiu seu ápice entre 08 e 09h (UTC), Figura 07E e 07F, respectivamente, quando o sistema convectivo teve seu maior desenvolvimento vertical e as temperaturas no topo das nuvens topo registravam valores inferiores a -80C (Figura 07 A) padrão que infere o forte cisalhamento vertical dos ventos. A temperatura do topo das nuvens é utilizada pera identificar áreas com forte potencial para a ocorrência de tempestades, como foi neste caso. A partir das 12 h (UTC), mesmo observando topos de nuvens ainda muito frios em pontos isolados, a convecção começava a enfraquecer.

10 A B C D E F G H I Figura 07 Sequência horária de imagens de satélite no canal IR, realçada, do Satélite GOES13 desde às 03:00 UTC (A) até 12:00 UTC (I) do dia 21/10/2013. Fonte dos dados: DSA/CPTEC/INPE. Outra ferramenta utilizada para verificar o resultado final da instabilidade atmosférica é o campo de acumulado de descargas elétricas diárias (Figura 08). Nela pode-se observar a quantidade de descargas elétricas registradas. Nota-se uma grande concentração de descargas elétricas sobre o Sul do Brasil. Neste dia foram registradas descargas elétricas sobre os Estados do RS, SC e PR, condição que mostra a forte instabilidade atmosférica que atuava sobre esta parte do Brasil. O resultado desta forte instabilidade foi a interrupção do fornecimento de energia elétrica em diversas cidades fato que provocou transtornos e prejuízos à população.

11 Figura 08 Campo espacial de descargas elétricas acumuladas diárias sobre a América do Sul para o dia 21/10/2013 elaborada pelo Conclusão Analisando todos os aspectos descritos acima se chega as seguintes conclusões: 1- Há necessidade de uma análise sinótica detalhada para a detecção de todos os sistemas meteorológicos atuantes e, assim, poder estabelecer qual condição de tempo pode surgir da atuação dos mesmos; 2- A utilização de mais de um modelo numérico de previsão auxilia a visualização de áreas de instabilidade similares o que favorece a tomada de decisão por parte do meteorologista previsor; 3- A experiência e conhecimento do meteorologista previsor são determinantes na hora de elaborar a previsão de tempo e detectar as áreas com potencial para a ocorrência de tempo severo. 4- A elaboração de estudos de caso auxilia na compreensão e conhecimento da atuação de cada sistemas meteorológicos e de que forma eles atuam em cada região do país; 5- A elaboração e a utilização de ferramentas operacionais baseadas no conhecimento teórico e prático dos meteorologistas e, ao mesmo tempo, utilizando as diversas variáveis meteorológicas derivadas dos modelos numéricos são imprescindíveis para a detecção rápida e eficiente de sistemas meteorológicos com alto potencial para provocar tempo severo e que podem causar fortes impactos à sociedade. 6- O prognóstico de situação de tempo extrema e o envio de Avisos Meteorológicos antecipados auxilia às instituições governamentais e não governamentais na tomada de decisão evitando e/ou minimizando prejuízos e, principalmente, perdas de vidas humanas. Elaborado pelo Meteorologista Olivio Bahia do Sacramento Neto