EFEITOS LOCAIS NA RELAÇÃO INTENSIDADE DE CHUVA-FATOR DE REFLETIVIDADE DE RADAR

Transcrição

1 41 5 EFEITOS LOCAIS NA RELAÇÃO INTENSIDADE DE CHUVA-FATOR DE REFLETIVIDADE DE RADAR Roberto Vicente Calheiros Instituto de Pesquisas Meteorológicas Fundação Educacional de Bauru RESUMO Procura-se identificar efeitos locais em regimes de precipitação na área de cobertura dos radares de Bauru e são Roque, e seus reflexos na relação intensidade de chuva-fator de refletividade (Zh-R). Objetiva-se, outrossim, estimar as conseqüências hidrológicas ao desprezar-se esses efeitos na quantificação de chuva em área, por radar. Foram utilizadas as curvas probabilisticas de distribuição de intensidade de precipitação para a região de Ibitinga, são Carlos e são Paulo, selecionada para o teste e determinadas as respectivas relações Zh-R, por comparação com distribuições de refletividade do radar. Tornando as relações Zh-R derivadas para Ibitinga e são Carlos, corno válidas para são Paulo, computou-se os respectivos efeitos sobre o escoamento em área da região urbana da capital, simulando-se vazão a partir da chuva quantificada por radar. Reduções do volume real escoado chegando a valores correspondentes a atê cerca de 13% do mesmo, resultaram quando se usou relações Zh-R não especificas para a conversão refletividade-intensidade de chuva. Os resultados indicam a conveniência de se considerar a utilização de relações Zh-R especificas quando da aplicação de radar em hidrologia urbana, na presença de efeitos locais. 1. INTRODUÇÃO Um enfoque climatológico da variabilidade da relação entre o fator de refletividade de radar (Z) e a intensidade de chuva (R), fundamental na problemática da medida de precipitação com radar, foi desenvolvido recentemente quando da derivação de relações Zh-R hidrológicas dependentes de distância, para a região central do Estado de são Paulo, na área de cobertura do radar de Bauru (Calheiros, 1982). Obteve-se, então, indicações de que inhomogeneidades de caracteristicas mais locais no regime de precipitação, poderiam ser significativas no uso do radar em hidrologia urbana. Neste trabalho, duas áreas urbanas - as de são Carlos e são Paulo - onde se nota a influência de efeitos locais na precipitação foram utilizadas para derivação de relações Zh-R caracteristicas. Com esse objetivo, curvas de probabilidade cumulativa de Z e R, consideradas válidas para aquelas áreas foram relacionadas. No caso do fator de refletividade, uma única curva de probabilidade que ê a representativa da homogeneidade climatológica da área de cobertura do radar de Bauru, foi tomada para comparação, com base em resultados anteriores pelos quais não se notou influência

2 416 de efeitos locais, na distribuição de Z para são Carlos (Calheiros, 1984a). Com relação a R, foram usadas as curvas características dos respectivos regimes de precipitação (Calheiros, 1982). Tendo em vista a relevância da aplicação hidrológica do radar (Calheiros, 1984a), foram efetuadas estimativas do impacto do uso de relações Zh-R diversas daquelas específicas para áreas sob efeitos locais, no caso daquela aplicação. A região metropolitana de são Paulo, altamente urbanizada, foi selecionada para a estimativa em questão. Vazões para as áreas de drenagem correspondentes foram simuladas, através de um modelo hidrológico adaptado, usando corno insumo eventos de chuva causadores de cheias, em três condições distintas: a) Chuva real, correspondente aos dias 5 e 6 de fevereiro de 1982 b) Chuva para o mesmo evento, conforme seria reproduzida pelo radar utilizando-se uma relação Zh-R derivada para são Carlos, urna área sujeita a efeitos locais. c) Chuva, radar tornada região para o mesmo evento, conforme seria reproduzida pelo utilizando-se uma relação Zh-R derivada para Ibitinga, corno representativa da homogeneidade climática da de cobertura do radar de Bauru. 2. DADOS PLUVIOMtTRICOS Registros pluviométricos dos três pontos caracterizados na Tabela 1 foram utilizados. Tabela I - Postos pluviométricos nas áreas de Ibitinga, são Carlos e são Paulo (de Calheiros, 1982). Município Ibit:.inga são Paulo são carlos Postos USo Ibitinga Observatório IAG são carlos Prefixo C5-110-HM E3-035 CP 726 Organisrro DAEE/CESP IAG/USP/DAEE INEMET (79 DISME) Latitude 21 45' S S 21 01' S Longitude 49 00'W 46 38'W 47 53'W Altitude (m) Equipamento Hellmann (sifão) Hellrnann (sifão) Hellmann (sifão) TifO registro carta diária carta diária carta diária Extensão do registro 1971 a a a 1971 A partir daqueles registros, foram computadas intensidades médias de precipitação sobre intervalos de 10 minutos, valores que' se constituiram nos dados pluviométricos básicos. Foram construidas, então, curvas de probabilidade cumulativa, P (R'>R), de que uma dada intensidade de chuva fosse igualada ou

3 41 7 superada. Essas chuvas estão reproduzidas na Figura 1. O período anual escolhido foi o de outubro a março, de maior precipitação; e tornou-se o intervalo diário de 15:00-18:00 h, relativo ao máximo de atividade convectiva. As áreas de são Carlos e são Paulo estão sujeitas a efeitos locais que se manifestam no regime de chuva, sendo o orográfico comum a ambas. No caso específico de são Paulo, em adição ao orográfico (Gandú, 1984, Gomes e Massambani, 1983) há o efeito associado à brisa marítima, que predomina no nível aproximado de 70 kpa (Oliveira e Silva Dias, 1982), e o efeito da "ilha de calor" (Gomes e Massambani, 1983). Já a área de Ibitinga foi identificada corno representativa da homogeneidade climatológica prevalecente na área de cobertura do radar.de Bauru (Calheiros, 1982). As curvas da Figura 2 mostram diferenças nos regimes de precipitação nos três locais. Urna análise mais extensiva à res~eito pode ser encontrada em Calheiros, 1984a. 3. DADOS DE RADAR A denominada área de são Carlos situa-se na faixa aproximada de 110 a 140 km do radar de Bauru, e a de são Paulo está fora do alcance do atual sistema de quantificação da precipitação daquele sistema. Assim, os dados de refletividade (Z) estavam disponíveis apenas para são Carlos. Tais dados referem-se ao período de outubro de 1981 a março de 1982 e encontram-se, juntamente com todos os demais para a faixa de 14,7 a 157,5 km em torno do radar de Bauru, constituindo IPPACs (Indicadores de Posição no Plano a Altitude Constante), ou seja, aproximadamente planos contendo valores médios de Z em células de 4 x 4 km 2, à altitude de 4,1 km (sobre o nível médio do mar), havendo um plano para cada 5 minutos no intervalo de 15:00-18:00 h. Em trabalho anterior (Calheiros, 1984a) utilizando-se esses dados para o período de janeiro a março de 1982, verificou-se não ser possível identificar a existência de efeitos locais significativos sobre a distribuição de refletividade de radar. Situação semelhante foi assumida corno válida para são Paulo e uma curva de probabilidade cumulativa obtida com refletividade para o anel de 115,5 a 157,5 km de distância do radar (Calheiros, 1982) foi tornada corno aplicável a ambas as áreas. Essa curva está reproduzida na Figura EFEITO HIDROL6GICO Relacionando-se as curvas dasfiguras 1 e 2 através da comparação dos mesmos níveis de probabilidade cumulativa (Calheiros, 1982), obtêm-se as relações entre intensidade de chuva (R) e fator de refletividade de radar (Z) para os três locais. Essas curvas estão reproduzidas em Calheiros (1984b), Figura 4, trabalho em apresentação neste Congresso. Para a verificação do impacto hidrológico resultante do uso de relações Zh-R não específicas, tornou-se o evento de cheias dos dias 5 e 6 de fevereiro de A área escolhida para tal verificação foi a bacia do Rio Tamanduateí para a qual foi aplicado um modelo hidrológico adaptado, conforme descrito no trabalho anteriormente referido (Calheiros, 1984b). O procedimento utilizado foi o de computar-se a resposta da bacia ao evento anteriormente especificado, para a chuva real e para

4 418 a chuva conforme seria quantificada com radar utilizando-se distintas relações para a conversa0 refletividade-intensidade de chuva. Basicamente, tomou-se o registro da chuva em cada pluvlógrafo da rede e converteu-se intensidade em refletividade, através da relação zh-r especifica para são Paulo. A seguir reproduziu-se o campo de intensidades utilizando-se as relações especificas para são Carlos e Ibitinga. Os histogramas resultantes, estão reproduzidos na Figura 3, e se referem à chuva média na sub-bacia do Baixo Tamanduatei, conforme descrito em Calheiros, 1984b. Simulou-se deste modo, o efeito do uso de relações Zh-R para derivação do campo de precipitações com radar. Os hietogramas obtidos em caqa uma das condições: a) chuva real, b) chuva simulada com radar através do uso de relação Zh-R especifica para são Carlos e, c) chuva simulada com radar através do uso de relação Z -R representativa da homogeneidade climatológica da área de cobertura do radar de Bauru (Ibitinga), foram injetados no modelo hidrológico adaptado para a bacia do Tillmm duatei e computaram-se as hidrógrafas correspondentes. 5. COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES A utilização de uma úni2a curva de probabilidade cumulativa de refletividade, e que é também representativa da homogeneidade climática para a obtenção de relações Zh-R para são Carlos e são Paulo, áreas para as quais se têm curvas de probabilidade cumulativa de intensidade de chuva distintas, supõe basicamente diferentes estruturas da precipitação em termos dos espectros de tamanho das gotas que a compõem. A tendência que se poderia esperar com pouca alteração da estrutura em questão seria a mesma variação tanto da curva de R como da de Z, na mesma direção, ou seja, pouca alteração na relação Zh-R. A relação zh-r obtida para são Paulo com a curva de Z comum utilizada, poderia, provavelmente, ser tomada como um limite a ser esperado na alteração da estrutura da precipitação em função dos efeitos locais. Assim, os hidrogramas em traço cheio - curva real - e em traço ponto - curva correspondente ao uso da relação Zh-R de Ibitinga para são Paulo - definiriam os limites da região em que se situaria o hidrograma efetivamente correspondente às medidas da chuva com radar, utilizando-se a relação Zh-R adequada para a área. Tendo em vista os objetivos deste trabalho, usou-se relações derivadas para o intervalo das 15:00-18:00 h para precipitações fora do mesmo, tendo em vista que as chuvas mais intensas se registraram dentro e/ou nas proximidades dele. Essa é uma questão - estratificação da relação Zh-R ao longo do dia - que pode ser importante para bacias urbanas em função da distribuição temporal da precipitação. No caso do hidrograma resultante do uso da relação Zh-R de Ibitinga para são Paulo, o volume escoado subestimou em aproximadamente 87% o volume real; para o hidrograma intermediário, usando a relação de são Carlos em são Paulo tal subestimativa foi de cerca de 75%. Uma etapa seguinte da continuidade das pesquisas se desenvolverá com a ampliação da série de dados de refletividade de são Carlos e verificações do efeito da estratificação das relações Zh-R em intervalos diários. A disponibilidade prevista de valores de

5 419 refletividade para são Paulo será muito importante, tendo em vista os vários efeitos locals envolvidos e sua relevância. Agradecimentos O presente trabalho é parte dos programas de pesquisa do Instituto de Pesquisas Meteorológicas da FEB-Fundação Educacional de Bauru desenvolvidos com auxílio financeiro principalmente da FINEP,do CNPq, da FAPESP e da FEB. As simulações no modelo hidrológico foram processadas pelo Centro Tecnológico de Hidráulica do Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE) do Estado de são Paulo. Registra-se os agradecimentos às entidades citadas, assim corno a Met. Ana Maria Gomes pelo auxílio no processamento dos dados pluviométricos para o modelo hidrológico. 6. REFERtNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALHEIROS, R.V. - "Resolução Espacial de Estimativas de Pr~itação com Radar Hidrometeorológico". Dissert. (doutor. hidr. san.), Escola de Engenharia de são Carlos, Universidade de são Paulo, são Carlos, 205 p., CALHEIROS, R.V. - "Local Effects on Climatological Zh-R Relationships". Anais, 22a. ConLde Meteorologia com Radar (Zurique). Arner. Meteor. Soc., Boston, , 1984 (a). CALHEIROS, R.V. - "Mínimo Sinal Detetável em Hidrologia com Radar: Urna Avaliação". Trabalho constante destes Anais. GANDÜ, A.W. - "Análise Estatística de Ecos de Radar Associados a Sistemas de Precipitação na Região Leste do Estado de são Paulo". Dissert. (mestrado em meteorologia), Instituto Astronômico e Geofísico, Universidade de são Paulo, são Paulo, 161p., GOMES, A.M. e MASSAMBANI, O. - "A Distribuição Espacial e a Variabilidade de Precipitação na Bacia Urbana do Alto Tietê". V Simpósio Brasileiro de Hidrologia e Recursos Hídricos, V. 1, , Blurnenau, SC, 1983.

6 '"17'" , 15:00-18:00 li --- IBITiNGA SÃO PAULO -_.-.-- são CARLOS «> 1-. «t1 10-:; => u '''' () < () :J id <r::;, o cr:: " R(mmh-1) Figura 1. Curvas de probabilidade cumulativa P (R' ~ R), de que uma dada inten sidade de chuva seja igualada ou superada, para o pericxlo outubro: -março e intervalo diário de 15:00-18:00 h e para os locais indica dos. R é uma média sobre 10 minutos, dos registros pluviográficos-: (de Calheiros, 1982). N /\\ "N Anel a ,50 a 157,50km , ,--~--:-r:----::-r.::-\ ' :::f. 1Õ 4 O <Z> (dbz) Figura 2. Curva de probabilidade cumulativa P(Z'). Z), de que uma dada refletividade seja igualada ou superada, para o pericxlo outubro 81-março 82 e intervalo diário de 15: : 00 h. < Z > é urra média em área de 4 x 4 km, e a área coberta e o anel de 115,50 a 157,5 km 2 (de Calheiros, 1982).

7 ,.., ~.,..., r- 24.,~. ' Tempo (h) Figura 3. Hietograrras para a bacia do Baixo Tarnanduatei: eventos dos dias 5 e 6 de fevereiro de 1982: chuva real, curva de traço cheio; curva derivada cem uso de relação Zh-R de são Carlos para são Paulo, linha FOntilhadai curva derivada do uso da relação Zh-R de Ibitinga para são Paulo, linha de traço-fonto. Hidrograrras corresfondentes aos hietograrras acima, usados CCID:) insumo ao m:::xielo hidrológico. O hidrograrra histórico tem seu trecho final reconstituido (ver calheiros, 1984b).