INFLUÊNCIA DA RESSURGÊNCIA COSTEIRA DE CABO FRIO SOBRE A EVOLUÇÃO DIURNA DA CAMADA LIMITE ATMOSFÉRICA

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1 INFLUÊNCIA DA RESSURGÊNCIA COSTEIRA DE CABO FRIO SOBRE A EVOLUÇÃO DIURNA DA CAMADA LIMITE ATMOSFÉRICA Tânia Ocimoto Oda Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira ieapm@alohanet.com.br ABSTRACT The diurnal variation of the boundary layer in coastal areas are closely related to the sea and land breezes cicles. This paper presents a study of the diurnal evolution of the boundary layer structure during a coastal upwelling period and during a non-upwelling period. The comparison between these periods shows a stronger stability during upwelling events, suggesting also an enhancement of this stability due to the sea breeze subsident branch. 1 INTRODUÇÃO A circulação gerada pelo contraste térmico continente-oceano é um dos fatores determinantes das características do tempo e clima de regiões litorâneas. O comportamento da circulação de brisa marítima define, por exemplo, o confinamento ou a dispersão de poluentes nas várias cidades litorâneas desenvolvidas (Lu e Turco, 1994). O regime de precipitação em áreas costeiras também é fortemente influenciado pela circulação local, motivando diversos estudos há várias décadas (e.g. Leopold, 1949 e Cavalcanti e Kousky, As maiores variações causadas pela circulação de brisa são notadas na camada limite atmosférica. Vários estudos têm procurado detalhar a evolução da camada limite atmosférica devido à circulação de brisa marítima e terrestre. Physick e Smith (1985) notaram, no norte da Austrália, ventos altamente ageostróficos e camada limite estável profunda em virtude da circulação de brisa marítima. Druilhet et al. (1982) estudaram as características do escoamento na transição do mar para a costa, que incluíam a forte estabilidade da massa de ar de origem marítima e a formação de uma camada interna instável sobre o continente. Elliott e O Brien (1977) realizaram um estudo observacional na região de ressurgência do Oregon, notando que a estrutura do campo de vento de mesoescala depende basicamente da estratificação e da profundidade da camada limite sobre o mar, observando também a presença de ar subsidente sobre a camada estável de origem marítima na região adjacente à linha da costa, contribuindo para um máximo de velocidade do vento no topo dessa camada. Dourado (1994) mostrou a evolução da camada limite atmosférica e da camada de mistura oceânica na região de Cabo Frio durante a passagem de um sistema frontal. O autor observou a típica inversão do vento de NE para SW seguida de aquecimento da superfície oceânica e a advecção de uma camada de mistura atmosférica profunda do continente para o oceano pelo vento de SW. Este trabalho apresenta uma comparação de perfis verticais de temperatura potencial, umidade e vento típicos de situações de verão (ressurgência) e inverno (não-ressurgência). 2 - EXPERIMENTOS O estudo consiste na análise de dados de radiossondagens coletados em dois experimentos, realizados em períodos de verão (9 a 12 de janeiro de 1995) e inverno (1 a 4 de agosto de 1995). Estes experimentos fazem parte do projeto Processos de circulação oceânica e de interação oceano/atmosfera em escala local e regional na costa sul/sudeste do Brasil (FAPESP, processo 93/854-4), e foram realizados em Arraial do Cabo (RJ). Os períodos foram escolhidos visando a observação de uma situação de ressurgência (verão) e uma sem o afloramento de águas frias (inverno) a fim de averiguar diferenças na

2 estrutura vertical da circulação local em períodos climatologicamente distintos, bem como a variação diurna em cada um dos períodos, através das análises dos perfis de vento, temperatura e umidade coletados. O sistema de radiossondagem utilizado para a coleta de dados era composto por um sistema de recepção dos dados de temperatura, pressão e umidade e mais um módulo para recepção de dados de posicionamento da sonda, provenientes do sistema OMEGA de auxílio à navegação, para a obtenção do perfil vertical do vento. Os lançamentos foram distribuídos de maneira a obter informações no maior número de horários. Os perfis são identificados pelo horário do início da sondagem, em GMT. Este procedimento foi adotado para homogeneizar o tratamento dos dados, pois durante o experimento de Janeiro de 1995 estava em vigor o horário de verão. Para se obter a hora local, portanto, é necessário subtrair 3 horas no inverno, e 2 horas no verão. Este trabalho descreve a evolução diurna da camada limite atmosférica, através da análise de perfis verticais de temperatura potencial virtual, vento e umidade até 15 m, para um dia considerado representativo, de cada um dos experimentos. 3 EXPERIMENTO DE VERÃO De acordo com Oda (1997), os primeiros dias do período foram caracterizados por um episódio de ressurgência. A passagem de uma frente fria entre os dias 1 e 11/1 e a conseqüente mudança na direção do vento, entretanto, causou ligeiro aquecimento da água nos dias 11 e 12. No dia 9 de janeiro, as observações de superfície indicavam tempo bom. Os perfis das componentes u e v (Figura 5.28) do vento mostram o desenvolvimento da circulação de brisa. A componente zonal aumenta gradativamente nos níveis mais baixos, até as 2: GMT, mostrando o maior desenvolvimento da brisa marítima (BM) em torno desse horário. Nota-se, também, uma circulação de oeste entre e m, caracterizando o escoamento de retorno da brisa marítima. A componente meridional é negativa (ou seja, de norte), em toda a camada. Sua intensidade máxima ocorre à noite, após o decaimento da circulação de brisa marítima. Observando-se as intensidades de u e v conjuntamente, verifica-se o desenvolvimento de um jato de baixos níveis, o qual pode estar relacionado um transporte de momentum pelo ramo subsidente da brisa (Elliott e O Brien, 1979) ou a uma oscilação inercial (Blackadar, 1957). Os perfis verticais de temperatura potencial virtual deste dia mostram a persistência de uma camada estável próxima à superfície. As duas primeiras sondagens mostram uma camada superadiabática próxima à superfície. Às 2: GMT, o perfil é totalmente estável desde a superfície. Este tipo de perfil favorece o desenvolvimento do jato de baixos níveis observado. A última sondagem, das 24: GMT, mostra uma camada de mistura atmosférica com topo entre 1 e 2m. A ausência da camada de mistura durante o dia pode estar associado com a circulação de brisa marítima: durante o dia, o local estaria sob o ramo subsidente da brisa, devido à proximidade das águas muito frias de ressurgência. À noite, com o resfriamento radiativo do continente, esta subsidência seria bem menor, permitindo a mistura vertical. Além disso, a presença do jato provocaria a mistura turbulenta do ar nos níveis abaixo. A umidade representada aqui pela razão de mistura, mostra forte gradiente vertical nos primeiros 5 m, característico de camadas de origem marítima. A variação da umidade mostra um ligeiro aumento próximo à superfície nas sondagens das 18: e 2: GMT, devido ao aumento da advecção de umidade causada pelo desenvolvimento da circulação de BM. Há um mínimo na última sondagem, em torno de 4 a 5m, logo acima do nível do jato. 4 - EXPERIMENTO DE INVERNO

3 Durante o inverno de 1995, as temperaturas da água mostraram uma situação típica de inverno, ou seja, de não ressurgência. Neste período, a região encontrava-se sob domínio do centro de alta pressão centrado em 3 S, 25 W. Cartas sinóticas mostravam uma frente fria sobre o oceano, na altura do Estado de Santa Catarina, no início do período, que atingiu a região durante a noite do dia 3 (Oda, 1997). No primeiro dia do experimento, ou seja, 1/8, a componente zonal (Figura 5.34.c) mostra uma intensificação gradual por volta de 2 m até as 22: GMT. A componente meridional mantém-se de norte, atingindo um máximo na última sondagem do dia. Novamente, observa-se o desenvolvimento de um jato, cuja intensidade observada foi em torno de 17, m s -1 no nível de 25 m, às 22: GMT. Neste caso, seu desenvolvimento começa no final da tarde, como característico na oscilação inercial. Observando os perfis de temperatura potencial virtual, é bastante evidente a diferença de estabilidade em relação ao experimento anterior, em função das maiores temperaturas da superfície do mar encontradas no inverno. No dia 1, a sondagem das 13: GMT (Figura 5.34.a) indica aquecimento radiativo da superfície que instabiliza a camada inferior. Na sondagem seguinte, nota-se um resfriamento intenso até 2 m, possivelmente pelo desenvolvimento da brisa, que também parece causar um aquecimento (por subsidência) acima desse nível. O perfil não se altera até a sondagem das 2: GMT, mas no perfil posterior, aparentemente há uma diminuição desta subsidência e o jato é intensificado. Os perfis de θ v mostram o desenvolvimento de uma camada de mistura, que atinge 25 m às 19: GMT, m às 2: e 35 m às 22: GMT. A umidade mostra grande variação com a altura próximo à superfície na primeira sondagem do dia, e distribuição vertical mais uniforme nos horários seguintes (Figura 5.34.b). 5 - CONCLUSÕES A análise apresentada mostra que as principais diferenças encontradas na camada limite entre períodos de ressurgência e não ressurgência está relacionada à estabilidade atmosférica. Durante o verão, a presença de águas frias junto à costa de Cabo Frio contribui para a formação de uma camada limite estável, que persiste durante todo o episódio de ressurgência. Além disso, a baixa temperatura do oceano faz com que o ramo subsidente da brisa fique muito perto da costa, principalmente durante o dia, inibindo o desenvolvimento da camada de mistura. Durante a noite, o contraste térmico entre o oceano e o continente diminui, e consequentemente enfraquece toda a circulação de brisa, inclusive seu ramo subsidente. Assim, é possível notar que a formação da camada de mistura atmosférica ocorre preferencialmente à noite. Entretanto, a camada limite estável favorece a formação de jatos de baixos níveis, que por sua vez contribuem para a mistura por turbulência mecânica, o que também colabora para o desenvolvimento da camada de mistura atmosférica noturna durante o verão. Os experimentos de inverno, por sua vez, mostram uma camada bem mais instável, devido às TSM mais altas encontradas nesses períodos. 6 - REFERÊNCIAS: Blackadar, A.K. Boundary layer wind maxima and their significance for the growth of nocturnal inversions. Bulletin of the American Meteorological Society, 38(5), , Cavalcanti, I.F.A. e Kousky, V.E. Influências da circulação de escala sinótica na circulação da brisa marítima na costa N-NE da América do Sul. Publicação INPE-2573-PRE/221, 14p., Dourado, M.S. Estudo da camada limite planetária atmosférica marítima (Dissertação de Mestrado), INPE, 1994, 1p. Druilhet, A; Herrad, A.; Pages, J.P.; Saïssac, J.; Allet, C.; Ravaut, M.. Étude experimentale de la couche limite interne associée à la brise de mer. Boundary Layer Meteorology, 22, 511-

4 524, Elliott, D.L.; O Brien, J.J. Observational studies of the marine boundary layer over an upwelling region. Monthly Weather Review, 15(1), 86-98, Estoque, M.A.; A theoretical investigation of the sea breeze. Quarterly Journal of The Royal Meteorological Society, 87, , Leopold, L.B. The interaction of trade wind and sea breeze, Hawaii, Journal of Meteorology, 6, , Lu, R.; Turco, R.P. Air pollutant transport in a coastal environment. Part I: Two-dimensional simulations of sea-breeze and mountain effects. Journal of Atmospheric Sciences, 51(15), , Physick, W.L.; Smith, R.K. Observations and dynamics of sea-breezes in northern Australia. Australian Meteorological Magazine, 33, 51-63, Oda, T.O. Influência da ressurgência costeira sobre a circulação local em Cabo Frio (RJ). Dissertação de Mestrado. INPE, São José dos Campos, : GMT 14: GMT 18: GMT 18: GMT 2: GMT 2: GMT 24: GMT 24: GMT Temperatura Potencial Virtual (K) (a) Razão de Mistura (g/kg) (b) 14: GMT 14: GMT 18: GMT 2: GMT 18: GMT 2: GMT 24: GMT 24: GMT Componente Zonal (m/s) Componente Meridional (m/s) (c) (d) Fig Sondagens do dia (a) Temperatura Potencial Virtual; (b) Razão de Mistura; (c ) componente zonal u ; (d) componente meridional v.

5 : GMT 13: GMT 19: GMT 19: GMT 2: GMT 22: GMT 2: GMT 22: GMT Temperatura Potencial Virtual (K) Razão de Mistura (g/kg) (a) (b) : GMT 19: GMT 2: GMT 22: GMT 13: GMT 19: GMT 2: GMT 22: GMT Componente Zonal (m/s) Componente Meridional (m/s) (c) (d) Fig Sondagens do dia (a) Temperatura Potencial Virtual; (b) Razão de Mistura; (c ) componente zonal u ; (d) componente meridional v.