Análise termodinâmica da atmosfera e sua relação com a precipitação na Região Metropolitana de Belém, de agosto/2008 a julho/2009

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1 Análise termodinâmica da atmosfera e sua relação com a precipitação na Região Metropolitana de Belém, de agosto/8 a julho/9 Atmosphere s thermodynamic analysis and its relation with precipitation in the Belém Metropolitan Region, from August/8 to July/9 Clara Teixeira Figueiredo¹; Maria Aurora Santos da Mota 2 ¹Bolsista PIBIC - Universidade Federal do Pará (clara.figueiredo@ig.ufpa.br); 2 Professora Associada 2 Universidade Federal do Pará (aurora@ufpa.br) Resumo Este estudo verificou a estrutura termodinâmica da atmosfera e sua relação com a precipitação média da Região Metropolitana de Belém durante o período de um ano (agosto/8 a julho/9). Observou-se que a temperatura potencial era menor quando havia precipitação, enquanto a razão de mistura se manteve elevada durante todo o período. Dessa forma, as forçantes dinâmicas foram muito importantes para a formação das chuvas, já que os fatores termodinâmicos, em geral, se mostraram favoráveis a ocorrência destas. Abstract This study verified the atmosphere s thermodynamic structure and its relation with the average precipitation in the Belém Metropolitan Region along one year (August/8 to July/9). It was observed that the potential temperature was lower when the precipitation occurred, while the mixing ratio was elevated during the entire year. Therefore, the dynamic factors were very important to the formation of rain, since the thermodynamic factors were, in general, propitious to their occurrence. Palavras chaves Amazônia, Clima, Estrutura termodinâmica, Keywords Amazon, Climate, Thermodynamic structure, Precipitation 1. Introdução A cidade de Belém, capital do estado do Pará, está localizada às margens do Rio Guamá, na Baía do Guajará. Suas coordenadas geográficas são 1 o 23 S de latitude e 48 o 29 W de longitude e sua altitude média é de 16 m. A região metropolitana de Belém é composta por cinco municípios, Ananindeua, Belém, Benevides, Marituba e Santa Isabel. Essa região, devido à sua localização na zona equatorial do globo, é caracterizada por apresentar altos índices de precipitação, em média mm (de acordo com a média de 1896 a 7), que estão relacionadas não só com as condições locais dos movimentos convectivos, mas também, pela influência de sistemas de meso e grande escala que penetram na região, como El Niño, Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e frentes, dentre outros, que agem, ora acelerando os sistemas locais, ora enfraquecendo-os, diminuindo assim a quantidade de precipitação (Mota et al, 1996; Souza et al, 1997). As Linhas de Instabilidade são responsáveis pela maioria das precipitações, ocorridas no período menos chuvoso. Elas se formam na parte costeira devido à circulação de brisa marítima e se dirigem para o interior do continente como linhas de nuvens convectivas (Cohen et al, 199; Kousky, 198). Durante o período chuvoso a precipitação é provocada principalmente pela ZCIT, que resulta da convergência dos ventos alísios de nordeste e sudeste e é caracterizada por precipitações intensas e ventos fracos (Vianello & Alves, 1991).

2 Ao tornar a atmosfera mais fria em dias de chuva do que em dias secos, a chuva descaracteriza o ciclo diurno da estrutura termodinâmica da atmosfera, o qual está associado à transferência de energia proveniente da radiação solar e a quantidade de água presente na atmosfera (Betts, 1974). Por sua elevada precipitação, Belém, ao lado de vasta parte da Amazônia, é uma grande fonte de calor e umidade não só para a América do Sul, mas também para o balanço de energia da atmosfera global. Estudos têm sido realizados no tocante a estrutura termodinâmica da atmosfera, estes, porém, consideram apenas a precipitação registrada na estação meteorológica do INMET localizada em Belém. Contudo, é sabido que na região equatorial a precipitação pode variar em um raio de distância muito curto. Essa pesquisa, portanto, utiliza dados de distribuição espacial da precipitação na região metropolitana de Belém. 2. Objetivos O objetivo principal desse estudo é estabelecer uma tendência de temperatura e precipitação, avaliando o contraste entre a época seca e chuvosa em termos dos parâmetros termodinâmicos, como temperatura potencial e razão de mistura, verificando, assim, a variação típica dessas estações do ano. 3. Materiais e Métodos Os dados utilizados são de temperatura, pressão e umidade da estação automática do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) em Belém, durante o período de agosto de 8 a julho de 9. Já a precipitação é a média dos totais diários coletados em duas estações meteorológicas convencionais localizadas no INMET e na UFPA, como também em casas de alunos de ensino fundamental e médio da Região Metropolitana de Belém. Em Belém esses dados foram coletados nos bairros Jurunas, Terra Firme e Marambaia, Conjunto Maguari e Ilha de Mosqueiro. Além desses locais, foram estabelecidos mais três pontos de observação nos municípios de Ananindeua, Marituba e Santa Bárbara do Pará. Os dados de precipitação dos alunos foram obtidos utilizando-se pluviômetro confeccionado artesanalmente, adaptando a técnica de Assunção e Assis (1997). Cada um possui uma área de captação de 16 cm 2, sendo construído com um tubo PVC de cm de comprimento e 14, cm de diâmetro, acoplado, na parte superior, a um tubo de conexão com redução de 1 para 1 mm. A base do pluviômetro é composta por uma garrafa PET e um registro plástico de esfera. Teoricamente, este instrumento possui precisão similar ao obtido com o pluviômetro padrão Ville de Paris, que possui área de captação de cm 2. Para a compreensão da estrutura termodinâmica da atmosfera, foram calculados os parâmetros termodinâmicos temperatura potencial ( ) e razão de mistura (r), conforme as equações abaixo: 1, = e = ( ) sendo, ε a razão entre as massas moleculares do vapor d'água e do ar seco (,622), P a pressão atmosférica e e a pressão de vapor dada pelas equações: = e = 6,11 1,, 1 onde, e s é a pressão de vapor de saturação e T é a temperatura do ar ( o C) 4. Resultados A Figura 1 apresenta a variação horária média da temperatura potencial e razão de mistura de agosto de 8 a julho de 9. A razão de mistura se manteve em valores bastante altos, acima de 17g/Kg em todos os horários, o que coincide com os valores encontrados por Oliveira et al (1998). Essa elevada razão de mistura é justificada por Belém ser uma cidade banhada por dois rios e uma baía, além de possuir alta temperatura, fatores esses que contribuem para uma elevada transferência de água para a atmosfera através da

3 evaporação. Observou-se também que das 12 às 19 horas UTC (9 às 16 horas local) a temperatura potencial e a razão de mistura foram inversamente proporcionais. Isso porque esse é o horário no qual o sol está mais exposto no céu, aumentando assim a diferença entre a pressão de vapor real e saturada r (g/kg) Hora UTC Figura 1 - Variação média horária da temperatura potencial e razão de mistura (agosto/8 a julho/9) As Figuras 2 e 3 mostram a relação entre a precipitação acumulada média e a variação da temperatura potencial em novembro e março, respectivamente. Março foi o mês de maior precipitação média durante o período avaliado, enquanto novembro foi o de menor. Desta maneira, o mês de novembro apresentou temperaturas potenciais diárias mais altas do que março. Além disso, percebe-se que os dias mais chuvosos apresentaram temperaturas potenciais menores do que os dias menos chuvosos. Essa, entretanto, não é uma resposta automática, porém com atraso de aproximadamente um dia, como, por exemplo, no dia de novembro, quando a maior precipitação do mês foi seguida da menor temperatura. O mesmo ocorreu em março, quando a temperatura potencial média foi menor que 297 K após os eventos extremos dos dias 1 e 3. Isso demonstra que a temperatura na região é fortemente influenciada pela presença da precipitação, conforme discutido por Betts (1974) Figura 2 - Distribuição diária de precipitação e temperatura potencial médias em novembro/8 Ressalta-se, porém, que março não foi o mês menos quente e sim fevereiro, o qual não registrou valores tão elevados de precipitação. Esses, na verdade, decorreram da localização da ZCIT sobre a região. Da mesma forma, setembro não é o mês menos chuvoso. Isso demonstra, então, que a precipitação é também influenciada pelas forçantes dinâmicas (ZCIT e alta do Atlântico), além dos fatores termodinâmicos, conforme havia sido concluído por Mota et al (6). 29

4 Figura 3 - Distribuição diária de precipitação e temperatura potencial médias em março/9 A razão de mistura também foi relacionada com a precipitação média (Figuras 4 e ). Maio foi o mês de que apresentou maiores valores dessa variável, em média 18,26 g/kg, e julho apresentou os menores, 17,26 g/kg. Percebe-se que a maioria das precipitações ocorreu em dias de maior quantidade de vapor d água na atmosfera, como durante o mês de maio, quando a razão de mistura se manteve sempre acima de 17 g/kg e choveu todos os dias, apresentando um total mensal de 338,8 mm de precipitação. Já no mês de julho, a precipitação média foi de 97,2 mm. Contudo, percebemos nas duas figuras que os dias de razão de mistura mais elevados não são necessariamente os de maior quantidade de precipitação, pois esta depende também das forçantes dinâmicas conforme dito anteriormente Figura 4 - Distribuição diária de precipitação média e razão de mistura em maio/ Figura - Distribuição diária de precipitação média e razão de mistura em julho/9

5 . Conclusão Belém apresenta valores elevados de razão de mistura e temperatura potencial, caracterizando assim o seu clima quente e úmido. Durante o período de maior exposição do sol, essas duas variáveis se comportam de forma inversamente proporcional. Além disso, pôde-se comprovar que a precipitação é um importante fator termorregulador da região, já que esta diminui a temperatura da atmosfera. Apesar do período menos chuvoso ser o mais quente, o mês menos chuvoso não é na verdade o mais quente. Da mesma maneira, o mês mais chuvoso não é o menos quente. Além disso, o mês de maior razão de mistura média, apesar de chuvoso, não é o mais chuvoso, assim como o mês de menor razão de mistura, não é o menos chuvoso. Isso prova que as forçantes dinâmicas também influenciam as chuvas da região, dependendo, entretanto, dos fatores termodinâmicos estarem favoráveis a ocorrência dessa precipitação. 6. Referências Bibliográficas ASSUNÇÃO, H. F. da; ASSIS, I. C. de. Construção de uma mini-estação agroclimatológica de baixo custo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROMETEREOLOGIA, 1., 1997, Piracicaba-SP. Anais do X Congresso Brasileiro de Agrometeorologia, Piracicaba: Sociedade Brasileira de Agrometeorologia / Escola superior de Agricultura Luiz de Queiroz / USP, p BETTS, A. K. Thermodynamic classification of tropical convective sounding. Monthly Weather Review, v. 12, n. 11, p , Nov COHEN, J. C. P.; SILVA DIAS, M. A. F.; NOBRE, C. A. Environmental conditions associated with Amazonian squall lines: A case study. Monthly Weather Reviews, v. 123, n. 11, p , Nov. 199 KOUSKY, V. E. Diurnal rainfall variation in the northeast Brazil. Monthly Weather Reviews, v.18, n. 4, p , Apr. 198 MOTA, M. A. S.; SOUZA JUNIOR, J. A.; COHEN, J. C. P. Análise termodinâmica da atmosfera e sua relação com a precipitação em Belém: janeiro-julho/87. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 14., 6, Florianópolis-SC. Anais do XIV Congresso Brasileiro de Meteorologia, Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Meteorologia, 6. Disponível em: Acesso em 7//1. MOTA, M. A. S.; SOUZA, P. F. S. Influência da precipitação nas características termodinâmicas da atmosfera durante um mês seco. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 9., 1996, Campos do Jordão-SP. Anais do IX Congresso Brasileiro de Meteorologia, Campos do Jordão: p OLIVEIRA, M. C. F. et al. Influência da temperatura e umidade do ar na cidade de Belém- PA. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 1., 1998, Brasília-DF. Anais do X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Disponível em: Acesso em: 7//1. SOUZA, P. F. S. et al. Indícios de possíveis variabilidade e alterações no clima de Belém-PA. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 1., 1998, Brasília_DF. Anais do X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Disponível em: Acesso em: 16//1. VIANELLO, R.L.; ALVES, A.R. Meteorologia e aplicações. Viçosa: UFV, p. 449