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

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1 ANÁLISE E CLASSIFICAÇÂO NÃO HIERARQUICA DOS JATOS DE NÍVEL BAIXO E DOS VENTOS MÁXIMOS NO PERFIL VERTICAL DO VENTO SOBRE PORTO ALEGRE. Corrêa, Cleber S. DPV-PA CINDACTA II Comando da Aeronáutica Porto Alegre RS Clarke, Robin T. e Silveira, André L. L. Instituto de Pesquisas Hidráulicas, UFRGS Caixa postal 478 Porto Alegre RS ABSTRACT This study uses classification by means of multivariate non-hierarchical cluster analysis of Low-level jets (LLJ) and Maximum Wind (MV). It seeks to obtain information on the scales associated with LLJ and MV in terms of predominance directions, height, intensity and wind shear. Key Word: Micrometeorology, Low-level Jet and Maximum Wind. RESUMO Neste estudo utiliza-se um método de classificação multivariada não hierárquico com K médias para agrupar os dados de Jatos de Baixo Nível e as ocorrências de Vento Máximo. A partir desta classificação obtem-se informações importantes de escala associados aos JNB e VM, suas direções predominantes, suas alturas, intensidades e cisalhamento. Palavra chave: Micrometeorologia, Jatos de Nível Baixo e Vento Máximo. 1. INTRODUÇÃO Diferentes estudos observacionais e simulações numéricas (Pitchford e London (1962), Bonner (1968), Stensrud (1996), Higgins et al. (1997), Whiteman et al. (1997), Igau et al. (1998), Parsons et al. (2000) e Lackmann (2002)) realizados em diversas regiões do planeta mostraram que no interior da Camada Limite Planetária (CLP) existe normalmente uma estreita faixa vertical contendo ventos máximos que ocorrem em alturas de cerca de 100 metros ou mais e cujos valores extremos são de ordem de 10 a 40 ms -1, conhecido como Jato de Nível Baixo (JNB). A presença de um JNB provoca um forte efeito no transporte de propriedades atmosféricas em regiões próximas a superfície, sendo um importante mecanismo de transporte de massa e energia entre regiões. A turbulência dentro da CLP, traz associado ao JNB uma memória destas escalas espaciais e temporais,

2 que estão intimamente ligadas ao gradiente vertical do perfil do vento. Tal estrutura apresenta uma rápida resposta baroclínica dentro da turbulência em escala sinóptica. A freqüência e o período destes gradientes verticais nos dão informação do comportamento destas escalas envolvidas e suas intensidades. O cisalhamento que ocorre acima do núcleo do vento máximo do JNB ou do vento máximo dentro da CLP, abaixo de 3000 metros, é representativo destas escalas envolvidas nestes processos. Portanto, os JNB desempenham enorme papel na circulação atmosférica, através da rápida resposta a estas estruturas de diferentes escalas envolvidas em uma complexa interação sinóptica. Por causa desta complexa resposta a modelagem numérica em modelos regionais e climáticos apresenta dificuldades, pois os JNB podem possuir menor escala espacial comparado à resolução dos modelos. Tal fato pode gerar incertezas na modelagem dos JNB e subestimar os processos atmosféricos de frontogênese rápida. Além disso, os modelos apresentam dificuldades em representar processos convectivos associados aos JNB dentro da CLP, pois estão relacionados a diferentes escalas e forçantes e também possuem um ciclo predominantemente noturno onde os processos de transporte são otimizados dentro de escalas temporais da ordem de 6 a 12 horas. Outras dificuldades técnicas são que os sistemas de observação operacional não possuem malha e resolução consistentes, os serviços de meteorologia não realizam observações neste horário noturno e existem poucas estações de radiossondagens para o monitoramento da baixa atmosfera. No presente momento com o advento de novas tecnologias torna-se possível o monitoramento dos perfis verticais do vento e entender melhor as relações entre as escalas envolvidas. Os JNB apresentam variabilidade temporal de baixa freqüência e estão relacionados às escalas meteorológicas de períodos intra-sazonais, variando de escalas intersazonais até decênio. O monitoramento dos JNB próximos a superfície sugerem um potencial de predição destes eventos, podendo melhorar o entendimento das relações destes fenômenos que geram situações de tempo severo, e como também, ajudaria a melhorar as previsões meteorológicas de curto prazo e bloqueios. 2. METODOLOGIA Os JNB e os VM foram observados de dados de radiossondagens realizadas no aeroporto internacional Salgado Filho, entre o período de agosto de 1992 a setembro de Os JNB são classificados quanto à intensidade e ao cisalhamento, mostrados na tabela I é apresentadas a classificação que é mais utilizada e que foi proposta por Bonner (1968) e modificada por Whiteman et al. (1997), à qual foi agregada uma nova categoria (JNB Fraco) proposta por Corrêa et al. (2001). Na tabela II utiliza-se uma classificação similar a anterior sem o critério do cisalhamento vertical associado ao vento máximo. 842

3 Tabela I Categorias dos JNB. Definição JNB Categoria V máx (ms -1 ) V (ms -1 ) JNB Fraco > 6 5 JNB JNB JNB JNB Tabela II Categorias dos Ventos Máximos (VM). Definição VM Categoria V máx (ms -1 ) V M-0 10 V M-1 12 V M-2 16 V M-3 20 A classificação não-hierárquica classifica a dispersão dos dados dos JNB em K classes. Este método minimiza o determinante da matriz dos JNB. Entre os métodos possíveis, foi escolhido um método no qual assume-se que os dados desta matriz apresentam uma combinação de K distribuições normais multivariadas, com igual matriz variância-covariância. A estimativa de Máxima Verossimilhança desta matriz é dada quando o grupamento dentro das K classes é minimizado, através do determinante da matriz variância-covariância, obtendo grupos compactos dos dados originais. Utilizou-se o programa GenStat com a função especifica de analise multivariada de grupos, com um total de 10 classes, a seleção de dez sendo o resultado de várias tentativas. 3. RESULTADOS Na tabela III apresenta a divisão entre 10 classes com valores médios da altura, direção, velocidade e o número de ocorrências entre as classes. Apresentou 10 grupos distribuídos entre as alturas da ordem de 300 a 1700 metros. 843

4 Tabela III Classificação Não hierárquica dos JNB em 10 Classes médias. Valores médios dos grupos Classes Altura Direção Velocidade Cisalhamento Número de Tipo de (m) (graus) ( ms -1 ) ( ms -1 ) Observações JNB JNB JNB JNB JNB-fraco JNB JNB JNB JNB JNB JNB-0 Nota-se nas classes de 1 a 4, entre as alturas de 323 e 537 metros, três grupos bem definidos, o primeiro grupo com as alturas médias de 323 e 537 metros, apresentam uma direção média da ordem de graus (leste) e duas intensidades do módulo do vento, uma mais fraca na altura média de 323 metros, com 10 ms -1 (tipo JNB-0) e a segunda altura média em 537 metros, com intensidade da ordem 15 ms -1 (tipo JNB-1) e com um total de 211 ocorrências. O segundo grupo com altura média de 393 metros, com direção média de 327 graus (noroeste), com intensidade de 10 ms -1 (tipo JNB-0) e com um total de 78 ocorrências. O terceiro grupo com altura média em 524 metros, com direção média de 180 graus (sul), com intensidade média de 10 ms -1 (tipo JNB-0) e com um total de 96 ocorrências. Considerando os grupos da tabela III, pode-se analisar três grupos com direções principais, um grupo de sul (180 graus) e com 96 ocorrências (10,90%), um segundo grupo de noroeste ( graus) e com 376 ocorrências (42,72%) e um terceiro grupo de leste ( graus) com 408 ocorrências (46,36%). Tal característica nos níveis baixos demonstra a ocorrência de convergência dentro da CLP, Paegle e McLawhorn (1973). Apresenta também, um modelo predominante de circulação em baixos níveis de leste/sudeste, sendo um mecanismo de transporte de vapor d água do Atlântico sul para áreas de 844

5 instabilidades, associadas a Sistemas convectivos de mesoescala (SCM) e a manutenção de sistemas frontais. A tabela III mostra um grupo na altura média da ordem de 797 metros, direção média 297 graus (noroeste) e intensidade média de 25 ms -1 (tipo JNB-3) com um total de 20 ocorrências, caracterizando uma região de otimização do transporte de vapor d água de regiões mais a noroeste, norte da Argentina, Paraguai, Bolívia e região centroeste do Brasil, para regiões mais ao sul e sudeste do continente sul americano. Tabela IV - Classificação Não hierárquica dos VM em 10 Classes médias. Valores médios dos grupos Classes Altura Direção Velocidade Cisalhamento Número de Vento (m) (graus) ( ms -1 ) ( ms -1 ) Observações Máximo VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM-1 Na tabela IV mostra quatro grupos com relação às direções médias, o primeiro grupo abrange as direções médias entre as classes de graus (oeste/noroeste), com intensidades médias do modulo do vento entre as classes de ms -1 (VM-1 a VM-3), com um total de 222 ocorrências (80,72%) e o segundo grupo corresponde à direção média de 85 graus (leste), com intensidades médias do modulo do vento da ordem de 12 ms -1 (VM-1), com um total de 23 ocorrências (8,36%). O terceiro grupo corresponde à direção média de 204 graus (sul), com intensidades médias do modulo do vento da ordem de 14 ms -1 (VM-1), com um total de 21 ocorrências (7,63%) e o quarto grupo 845

6 corresponde à direção média de 25 graus (nordeste), com intensidades médias do modulo do vento da ordem de 14 ms -1 (VM-1), com um total de 9 ocorrências (3,27%). Comparando as tabelas III e IV pode-se notar varias diferenças nos dois grupos de JNB e VM. Os grupos de VM apresentam características importantes, apresentaram dois grupos de VM com valores médios mais intensos de magnitude, do tipo VM-3 (> 20 ms -1 ) e alturas da ordem de 980 e 1672 metros, ambos com direções de noroeste com 49 ocorrências e uma percentagem de 17,81% dos casos. Uma característica importante foi à existência de mais de 80% dos VM s possuírem a direção de oeste/noroeste e atuaram em alturas médias da ordem de 600 metros ou mais. Já os JNB apresentaram apenas uma classe JNB-3, na altura da ordem de 800 metros com valor médio de 25 ms -1. Os JNB apresentaram dois grupos predominantes de direção: o primeiro de noroeste com 42,72% dos casos e alturas médias da ordem de 600 metros ou mais e o segundo de leste com 46,36% dos casos e alturas médias mais baixas, da ordem de 300 metros. Os grupos de VM apresentaram valores de magnitude maiores que os JNB, porem na freqüência dos dois grupos, mostrou que os JNB são mais freqüentes com 880 observações e os VM com 275 observações. Esta analise mostrou que ambas estruturas de transporte (JNB, VM) são importantes na baixa troposfera e apresentam comportamento e características diferentes de escala espacial e temporal, estando associadas a diferentes forçantes e escalas meteorológicas. 4. CONCLUSÔES Neste estudo pode-se concluir: que os JNB e os VM são mecanismos muito importantes na circulação atmosférica. Pois atuam de forma a otimizar os mecanismos de transporte de vapor d água de regiões próximas do equador para latitudes médias, caracterizando uma circulação na América do Sul nos níveis mais altos da CLP (alturas da ordem de 600 metros ou mais), apresentando uma maior intensidade e o predomínio de oeste/noroeste. Porém, os JNB apresentaram uma outra característica importante nas alturas da ordem de 300 metros, na parte mais baixa da CLP. Mostraram um predomínio da circulação 846

7 com sentido de leste, com intensidades médias da ordem ms -1 e com uma freqüência da ordem de 46%, caracterizando uma circulação do vapor d água do Atlântico sul para regiões do interior continente. Tal situação pode descrever um importante mecanismo na geração e manutenção de Sistemas Convectivos de Mesoescala e na geração de tempo severo. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BONNER, W. A.. Climatology of the low level jet. Mon. Wea. Rev.. 96, , CORRÊA, C. S.; DALLAROSA, R. L. G. e DEGRAZIA, G. A.. Estudo Observacional dos Jatos de Nível Baixo sobre a região metropolitana de Porto Alegre. Rev. Bras. de Recursos Hídricos. v6, n.º 4, HIGGINS, R. W.; YAO, Y.; YAROSH, E. S.; JANOWIAK, J. E. e MO, K. C.. Influence of the Great Plains low-level jet on summertime precipitation and moisture transport over the central United States. J. Climate. 10, , IGAU, R. C. e NIELSEN-GAMMON, J. W.. Low-level Jet development during a numerically simulated return flow event. Mon. Wea. Rev.. 126, 11, , 1998 PAEGLE, J. e MCLAWHORN, D. W.. Correlation of Nocturnal Thunderstorms and Boundary-Layer Convergence. Mon. Wea. Rev (12), , LACKMANN, G. M.. Cold-frontal potential vorticity maxima, the low-level jet, and moisture transport in extratropical cyclones. Mon. Wea. Rev.. 130: 59-74, PARSONS, D. B., SHAPIRO, M. A. e MILLER, E.. The mesoscale structure of a nocturnal dryline and of a frontal-dryline Merger. Mon. Wea. Rev..128(11) , PITCHFORD, K. L. e LONDON, J.. The low-level jet as related to nocturnal thunderstorms over Midwest United States. J. Appl. Meteor.. 1, 43-47, STENSRUD, D. J.. Importance of low-level Jets to Climate: A Review. Journal of Climate. 9, ,

8 WHITEMAN, C. D., XINDI B. e SHIYUAN Z.. Low-level jet Climatology from enhanced Rawinsonding observations at a site in the Southern Great Plains. J. Appl. Meteor.. 36, ,