ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ÍNDICES DE INSTABILIDADE TERMODINÂMICA EM SÃO PAULO. Ana Carolina Nóbile Tomaziello 1 Adilson Wagner Gandu 2

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1 ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ÍNDICES DE INSTABILIDADE TERMODINÂMICA EM SÃO PAULO Ana Carolina Nóbile Tomaziello 1 Adilson Wagner Gandu 2 RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo analisar as características termodinâmicas do ambiente, associadas a tempestades severas na região da cidade de São Paulo, através do uso de índices termodinâmicos, e, assim, apresentar uma estatística dos valores típicos desses índices de instabilidade para São Paulo. Considerando-se a importância sócio-econômica da região no contexto nacional, a previsão de tais eventos é fundamental para mitigar suas conseqüências. Tomando-se particularmente dois índices Showalter e Totals Totals concluiu-se que, apesar de apresentarem uma correspondência com a ocorrência de precipitação, essa associação não é direta, já que, o mês de maior probabilidade de tempestades é março, enquanto que o maior volume de precipitação ocorre em janeiro. Portanto, não só fatores termodinâmicos estão associados às chuvas intensas de janeiro em São Paulo. ABSTRACT: The purpose of the present article is to analyze the environmental thermodynamic characteristics associated to severe thunderstorms in the São Paulo city region, by the usage of thermodynamic indexes, and, thus, to present statistics of the typical values of these instability indexes related to São Paulo. Considering the socioeconomic importance of the region in the national context, the forecasting of such events is fundamental to mitigate their consequences. Considering two indexes in particular Showalter and Totals Totals we conclude that, although the indexes are associated with the precipitation occurrence, that association is not direct, since the month in which the probability of thunderstorms is bigger is March, while the major volume of precipitation occurs in January. Hence, thermodynamic factors are not the only ones associated to intense rain in São Paulo in January. Palavras-Chave: Índices de instabilidade, tempestades severas, previsão de tempo. INTRODUÇÃO A cidade de São Paulo é o maior centro de produção e o maior mercado consumidor do país. Uma complexa região, cuja expansão realizada aleatoriamente constituiu tecidos urbanos discrepantes que, aliados ao assoreamento da rede de drenagem natural e construída, torna a ocorrência de tempestades severas um de seus problemas mais graves. Tempestades severas são tempestades capazes de produzir granizo com diâmetro de 2cm ou mais e/ou rajadas de vento com velocidade de 90km/h ou mais e/ou tornado(s). É possível incluir também tempestades capazes de gerar altas taxas de precipitação (NASCIMENTO, 2005). A ocorrência de tais tempestades, sobretudo no verão, ocasiona enormes impactos econômicos e sociais, desencadeando situações 1, 2 Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG-USP) Depto. de Ciências Atmosféricas. Rua do Matão, 1226 Cidade Universitária - São Paulo, SP Cep: Fone: (11) Fax: (11) carolnobile@model.iag.usp.br; adwgandu@model.iag.usp.br

2 que, em muitos casos, beiram o caos, como registros de vítimas fatais, congestionamentos, interrupção do fornecimento de energia elétrica, pontos alagados, trechos inundados e fechamento de aeroportos, o que compromete a rotina da população e a economia do país. A localização geográfica da cidade de São Paulo favorece a ocorrência de chuvas orográficas, uma vez que a área está circundada por serras, bem como de tempestades convectivas associadas à entrada de brisa marítima ao final da tarde com graves conseqüências. A maioria dos episódios de enchentes na Região Metropolitana de São Paulo, no período de , está associada a essa penetração da brisa marítima, com forte aquecimento diurno e com a convergência induzida pelo aquecimento. Os eventos de precipitação intensa se desenvolvem muito rapidamente sobre a ilha de calor urbano da cidade de São Paulo (PEREIRA FILHO et al, 2004). Determinados parâmetros atmosféricos, que destacam condições de intensa instabilidade convectiva e cisalhamento vertical do vento, são tipicamente calculados a partir de perfis atmosféricos termodinâmicos e cinemáticos que podem provir de radiossondagens e auxiliam na identificação de ambientes favoráveis à ocorrência deste tipo de tempestade. Esses índices de tempo severo são originalmente padronizados para as latitudes médias do hemisfério norte. Por estarem nas latitudes médias, essas tempestades estão embebidas numa atmosfera que tem algumas diferenças em relação ao ambiente subtropical das regiões sul, sudeste e centro-oeste do Brasil (DIAS, 2000). Desta forma, podem não ser úteis para a previsão de tempo severo em nosso país. Alguns poucos trabalhos já foram feitos enfocando índices termodinâmicos para a região de São Paulo (por exemplo: BENETI, 1991; FOGACCIA, 2001). Entretanto, ainda assim, estudos dessa natureza são necessários para a elaboração de índices mais adequados para o país, particularmente para a região da cidade de São Paulo. objetivos O presente trabalho teve por objetivo determinar as características termodinâmicas do ambiente, associadas a tempestades severas na região da cidade de São Paulo, através do uso de índices termodinâmicos, e, assim, apresentar uma estatística dos valores típicos desses índices de instabilidade para São Paulo, bem como analisar a variabilidade sazonal desses índices relacionada com a quantidade de precipitação em cada mês do ano. METODOLOGIA Foram utilizados dados de radiossondagens realizadas no Campo de Marte, localizado na Zona Norte da cidade de São Paulo, fornecidos pela Universidade do Wyoming ( As radiossondagens do Campo de Marte são realizadas duas vezes ao dia, às 00Z e às 12Z (9 e 21h hora local). Também foram utilizados os

3 dados de precipitação da Estação Meteorológica do IAG (Cientec), localizada no bairro da Água Funda (São Paulo SP). O período analisado foi de um qüinqüênio ( ). Com os dados de precipitação construiu-se um histograma com os valores médios de cada mês do ano, do período de 2001 a 2005, e com a climatologia de 1933 a Para dois índices de instabilidade e para cada mês do ano, dos cinco estudados, foi calculado o valor médio e desvio padrão, considerando-se as duas radiossondagens diárias. Foi calculado também o valor médio para cada mês do ano, de todo o período estudado, tomando-se separadamente as radiossondagens das 9 e das 21h. Construíram-se assim gráficos da variação sazonal desses índices de instabilidade termodinâmica. As radiossondagens fornecem índices tais como: Showalter, SWEAT, K, Totals Totals, Levantado, CAPE (Energia Convectiva Potencial Disponível), CINE (Inibição Convectiva) e outros; entretanto, foram selecionados apenas dois deles devido à brevidade deste artigo e pelo fato das variações sazonais destes serem mais significativas em relação aos demais. A seguir, é apresentada a definição desses dois índices termodinâmicos, bem como tabelas que indicam valores normalmente utilizados em determinadas ocorrências de tempestades severas. O índice Showalter (IS) é definido como: IS = T 500 Tp 500 [ºC] onde T 500 é a temperatura do ar ambiente em 500hPa e Tp 500 é a temperatura de uma parcela de ar após ascender do nível de 850hPa a 500hPa. Quanto mais próximo ou abaixo de zero maior a instabilidade atmosférica (NASCIMENTO, 2005), pois maior é o empuxo experimentado pela parcela. Tabela 1: Valores do índice Showalter para latitudes médias para cada ocorrência Valores Ocorrência > 4 Tempestades improváveis 4 a 1 Tempestades possíveis 1 a -2 Aumento da chance de tempestades -2 a -3 Grande potencial de tempestades severas -3 a -5 Muito instável -5 a -10 Extremamente instável < -10 Probabilidade de tornados O índice Totals Totals (ITT) é dado por: ITT = T [ºC] Td850 2T500 onde T 850, Td 850 e T 500 são, respectivamente, a temperatura da parcela em 850hPa, a temperatura do ponto de orvalho a 850hPa e a temperatura no nível de 500hPa.

4 Tabela 2: Valores do índice Totals Totals para latitudes médias para cada ocorrência Valores Ocorrência < 43 Tempestades improváveis 43 a 44 Tempestades isoladas 45 a 46 Tempestades dispersas 47 a 48 Tempestades dispersas e severas isoladas 49 a 50 Tempestades dispersas e tornados isolados 51 a 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados 53 a 55 Tempestades numerosas e tornados dispersos 56 Tornados RESULTADOS E DISCUSSÃO No gráfico de precipitação (Fig. 1), para o período de (período estudado), nota-se que os meses do ano nos quais há maior quantidade de precipitação são os meses do período de verão (dez. a jan.). A quantidade de precipitação começa a aumentar no início da primavera, atingindo seu pico em janeiro e voltando a cair no início do outono. Agosto é o mês com menor quantidade de chuva. Comparando-se a precipitação média acumulada dos dois períodos ilustrados no histograma, é possível constatar que o padrão descrito anteriormente é o mesmo para o período de Precipitação média acumulada (mm) 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 Precipitação ,0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Meses do ano Figura 1: Variação sazonal da precipitação média mensal acumulada na estação meteorológica do IAG. O índice Showalter (Fig. 2) apresenta uma grande sensibilidade às variações sazonais e os valores mais próximos de zero ocorrem nos meses do verão e final do verão, sendo o valor médio mínimo o do mês de março, mais especificamente na parte da manhã. Para este mês há possibilidade de tempestades, já que há valores de Showalter entre 1 e 4, levando-se em conta o desvio padrão. O mesmo ocorre para os meses de novembro, dezembro, janeiro e fevereiro. Nos meses de maio a setembro a possibilidade de tempestades é menor, considerando-se os valores médios.

5 Comparado com o gráfico da precipitação, pode-se observar que os meses nos quais a quantidade de precipitação é maior são justamente os meses do verão, quando os valores de Showalter são menores. Porém, o mês com maior volume de precipitação (janeiro) não é o mês com menor índice médio de instabilidade (março). Valor médio ( ) Índice Showalter 9h e 21h 9h 21h -2 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Meses do ano Figura 2: Variação sazonal do índice Showalter médio mensal, para os meses do período de 2001 a As barras indicam o desvio padrão. Com relação ao índice Totals Totals (Fig. 3), o mês de março é também aquele no qual existe maior possibilidade de ocorrência de tempestades, indicada principalmente pela sondagem do período da manhã. Nos meses entre o final de outono e o inverno, os valores do ITT, na média, ficam abaixo de 43, indicando que a ocorrência de tempestades severas é mais improvável. Por se tratarem de valores médios existe uma incerteza associada ao conjunto de dados, o que vale dizer que, levando-se em conta a barra de erros, pode haver valores próximos de 47 que, para o padrão de latitudes médias, significa a ocorrência de tempestades severas isoladas. Valor médio ( ) Índice Totals Totals 9h e 21h 9h 21h jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Meses do ano Figura 3: Idem à Figura 2, mas para o índice Totals Totals. CONCLUSÃO A região da cidade de São Paulo está embebida em uma atmosfera próxima a das latitudes médias para as quais os índices termodinâmicos discutidos no presente trabalho são adequados; assim eles podem servir para a previsão de tempo severo nesta região. Porém, os valores padrões

6 relacionados a cada tipo de evento não são adequados à região, sendo necessária a elaboração de novos valores padrão para estes índices. Os índices discutidos neste trabalho apresentam uma correspondência com a ocorrência de precipitação ou seja, maior volume de precipitação associada aos valores dos índices que acusam maior probabilidade de tempestades. No entanto, essa associação não é direta, já que, pelos índices apresentados, o mês de maior probabilidade de tempestades é março, enquanto que o maior volume de precipitação ocorre em janeiro. Portanto, não só fatores termodinâmicos (instabilidade) estão associados às chuvas intensas de janeiro em São Paulo. Na continuação deste trabalho, pretende-se aperfeiçoar essa análise estatística de índices termodinâmicos, separando e classificando os dias com e sem a ocorrência de tempo severo (granizo, trovoada, ventos intensos) registrados na estação do IAG. Com isso, pretende-se obter critérios e limiares de índices mais adequados às condições termodinâmicas da atmosfera na região de São Paulo. AGRADECIMENTOS: Agradecimentos à FAPESP pelo apoio financeiro através do processo nº. 01/ A primeira autora agradece ao CNPq pela bolsa de IC PIBIC. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENETI, C. A. A. Análise do conteúdo de água líquida integrado verticalmente para a previsão imediata do tempo Dissertação (Mestrado). Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo. DIAS, M. A. F. S. Índices de Instabilidade para previsão de chuva e tempestades severas Disponível em: < Acesso em: 19 mar FOGACCIA, C. V. C.. Análise de eventos de turbulência e cisalhamento do vento na área do Aeroporto Internacional de São Paulo/Guarulhos Dissertação (Mestrado). Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo. NASCIMENTO, E. L. Previsão de tempestades severas utilizando-se parâmetros convectivos e modelos de mesoescala: uma estratégia operacional adotável no Brasil? Revista Brasileira de Meteorologia, v. 20, n. 1, p , PEREIRA FILHO, A. J. et al. Enchentes da Região Metropolitana de São Paulo: aspectos de mesoescala e avaliação de impactos. In: XII CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 2004, Fortaleza. Anais... Brasília: Sociedade Brasileira de Meteorologia, < Acesso em: 15 ago < Acesso em: 17 maio < Acesso em: 20 ago