PARÂMETROS TÍPICOS PARA A OCORRÊNCIA DE NEVOEIRO DE RADIAÇÃO. Parte II: CARACTERÍSTICAS DO PERFIL VERTICAL. DURAÇÃO DO NEVOEIRO

Transcrição

1 PARÂMETROS TÍPICOS PARA A OCORRÊNCIA DE NEVOEIRO DE RADIAÇÃO. Parte II: CARACTERÍSTICAS DO PERFIL VERTICAL. DURAÇÃO DO NEVOEIRO Abstract Everson Dal Piva* everson@cpmet.ufpel.tche.br Natalia Fedorova natalia@cpmet.ufpel.tche.br Centro de Pesquisas Meteorológicas-UFPel-RS (*) Aluno do curso de graduação This paper reports about temperature and humidity profile associated with radiation fog ocorrences in Porto Alegre (RS, Brazil), during the period form 1995 to 1996 April. The main attention for stability, temperature invertion, humidity profile, stability, wind in low levels and duration of fog. Some results obtained were the existence of temperature inversion in all days with fog and time of 12h with diference of temperature and temperature of dew point less 2 C. 1 Introdução O conhecimento das distribuições verticais de temperatura e umidade, é importante para a identificação de algumas propriedades da massa de ar. Segundo Peterssen (1940), uma das condições para formação do nevoeiro de radiação é a estratificação estável da atmosfera. Com atmosfera estável, a turbulência diminui, permitindo a formação da inversão térmica superficial, que é uma evidência do resfriamento noturno. Lima (1982) em seu trabalho para previsão de nevoeiro de radiação, utilizou como um dos preditores, a temperatura do ar e temperatura do ponto de orvalho (das 19h) em superfície, juntamente com a distribuição vertical de umidade. Em superfície a temperatura ficou entre C e o déficit do ponto de orvalho menor que 1 C. Ele encontrou dois perfis verticais, o primeiro tipo apresentou uma camada úmida (T-Td 6 C) abaixo de 750mb e uma camada seca (T-Td>6 C) que se estende de 750mb até o final da sondagem. Para o segundo tipo, a única diferença em relação ao primeiro, é a presença de uma camada úmida (T-Td 6 C) acima da camada seca. Meyer (1990) em seu estudo sobre nevoeiro de radiação em Albany (EUA), observou que no geral, a duração do nevoeiro de radiação foi de 3-4h. A maioria dos nevoeiros formaram-se dentro de quatro horas antes do nascer do sol. O período de formação e dissipação do nevoeiro foi, em média, de quatro horas, centrado no nascer do sol. A duração do nevoeiro, é menor no verão, aumentando no outono até um máximo no período do inverno-início de primavera. Croft et al (1997) em seu estudo sobre as distribuições verticais de temperatura, umidade e vento, achou uma altura média da camada úmida de 350m. Também observou a existência de uma camada muito seca, com depressão do ponto de orvalho em torno de 20 C, acima da camada úmida; isto representa uma janela aberta para o resfriamento, já que o vapor d água absorve radiação de onda longa. A depressão do ponto de orvalho em superfície, em 12 casos foi de 0.0 C, e os sete casos restantes, foi de 1.0 C. Quanto a mudança vertical da direção do vento, ele observou que, dos 19 casos, 12 tiveram giro horário (advecção fria, backing), giro foi pequeno e por isto a advecção é considerada fraca. Para seis casos, não houve mudança na direção do vento (sem advecção, neutral). Apenas um caso houve giro anti-horário (advecção quente, veering). O objetivo deste trabalho é conhecer as distribuições verticais de temperatura e umidade, que ocorrem durante o nevoeiro de radiação.

2 2 Dados e Metodologia Foram estudados os perfis verticais para os mesmos dias estudados na parte I. Utilizamos 6 (seis) mensagens TEMP, oriundas do aeroporto Salgado Filho de Porto Alegre (RS). Gráficos do termohigrógrafo da estação n 83967, Oitavo Distrito de Meteorologia (8 Disme), Porto Alegre, RS. Horários do nascer do sol, obtidos junto ao Observatório Nacional. As mensagens foram plotadas no diagrama Skew T-Log p, com o objetivo de analisar a estabilidade atmosférica, a presença de inversão térmica e a distribuição de temperatura, umidade e vento (direção e velocidade). Para o caso da atmosfera se encontrar no estado condicional, em relação à estabilidade, foi utilizado índices de estabilidade. O índice K foi utilizado por se tratar de um parâmetro que está ficando disponível nas páginas de previsão do tempo. K=(T 850 -T 500 )-( Td Td 850 ); K 25, atmosfera instável, K<25, atmosfera estável. O índice de Showalter (S) foi utilizado para comparação com o índice K e também, por envolver no processo de cálculo, a camada que se apresentou no estado condicional. S= (T 500 -T ), onde T é a temperatura em 500mb, que é obtida, por um processo adiabatico seco, a partir do nível de convecção por levantamento (NCL) em 850mb. Se S 3 atmosfera estável, se S < 3 atmosfera instável (Alcântara, 1969). Com o termohigrógrafo se obteve os dados de temperatura e umidade relativa. Com a temperatura e a fórmula de Tetsen, obtemos o valor de e s (pressão de vapor de saturação); com esse valor, a umidade relativa e a definição de umidade relativa se obteve o valor de e (pressão do vapor). Com esse valor e a fórmula de Tetsen para e, chegou-se ao valor da temperatura do ponto de orvalho (Td). 3 Resultados 3.1 Tipos de distribuição vertical Foi encontrado, para todos os casos, a presença de uma inversão térmica, em superfície. A inversão térmica é uma evidência do resfriamento radiativo noturno da superfície terrestre. Durante a noite, na condição de ausência de nuvens, o resfriamento é favorecido, pois há a perda de energia para o espaço. Esse resfriamento é auxiliado, quando as camadas, acima do nível superficial, apresentam-se secos, possibilitando que, a energia não seja absorvida pelo vapor d água. As nossas distribuições foram agrupadas em dois tipos. O tipo I apresentou umidade alta (com déficit do ponto de orvalho na média de 3,2 C) em baixos níveis (até 996 mb em média) e em altos níveis atmosfera seca (com déficit do ponto de orvalho em média de 14,6 C) (Fig.1). A inversão do tipo I apresentou uma altura média de 946 mb, a diferença entre as temperaturas do topo e da base da inversão foi de 8,5 C, com inclinação (angulo entre a distribuição de temperatura e a isóbara, no diagrama Skew-T log. P) média de 14,3 e um gradiente vertical de temperatura de - 1,6 C/100m (Tab. 1). A déficit do ponto de orvalho na base da inversão foi pequena, na média, de 1,2 C, no topo da inversão foi de 11,5 C e para o resto da atmosfera a déficit média ficou em 15,5 C. O outro tipo, Fig.2, apresentou umidade alta (com déficit do ponto de orvalho de 2,7 C na média) em baixos níveis (até 908 mb em média) e mais acima, camadas secas (com déficit de 29,3 C,em média) e um pouco mais úmidas (com déficit do ponto de orvalho de 9 C, em média) intercaladas.

3 Z Td=14,6 C Td=3,2 C h=996mb Superfície terrestre Td T Fig.1- Distribuição vertical de temperatura e déficit do ponto de orvalho para o tipo I. A inversão do tipo II apresentou uma altura média de 958,3 mb, a diferença entre as temperaturas do topo e da base da inversão foi de 1,5 C, em média; uma inclinação média de 22,6 e um gradiente vertical de temperatura de -0,5 C/100m (Tab. 1). A depressão do ponto na base da inversão foi muito pequena, 0,3 C e para o resto da atmosfera ficou em 17,7 C. Z Td=29,3 C Td=9,0 C h=908mb Td=2,7 C Superfície terrestre Td T Fig.2- Distribuição vertical de temperatura e déficit do ponto de orvalho para o tipo II. Nossos resultados concordam parcialmente com Lima (1982), também encontramos uma camada úmida superficial, porém com uma altura menor. Nossos resultados foram similares aos resultados obtidos por Crogt et al (1997); ele encontrou uma camada úmida em superfície e uma camada muito seca acima, o que concorda com o nosso trabalho. 3.2 Análise da estabilidade Uma atmosfera estável, não permite movimentos ascendentes; ou seja, não há ocorrência de nuvens e como conseqüência, resulta na concentração de umidade em baixos níveis, como é observado. Das

4 distribuições verticais analisadas, observamos que a camada superficial estava absolutamente estável, já para níveis médios a atmosfera se encontrava no estado condicional (pode ser estável ou instável), mas com a ajuda de dois índices de estabilidade (o índice K e o índice de SHOWALTER), encontramos que a atmosfera neste nível, encontrava-se, mais freqüentemente estável do que instável (Tab. 1). Em altos níveis, encontramos estabilidade absoluta e o estado condicional, que com o uso dos índices, notamos que a atmosfera estava mais freqüentemente estável do que instável. Tab.1 Características da estratificação de temperatura e do ponto de orvalho: inversão superficial (I), déficit do ponto de orvalho ( Td) e estabilidade (E), para os dias com nevoeiro e para os dois tipos (T) de distribuição vertical. H (mb)- altura do topo da inversão, D ( C)- diferença da temperatura entre a base e o topo da inversão, α ( )- ângulo da inversão, TVVT ( C/100m)- variação vertical de temperatura na inversão, S- nível superficial, t- topo da inversão, M- média entre a superfície e o topo da inversão, A.R.- atmosfera restante, NM- níveis médios e NA- níveis altos. I Td E ( C) T DIA H D α TVVT S T M A.R S NM NA I 25/ , AE CE AE I 26/ , AE CE CE I 05/ , AE CE CE I W , AE CE CE II 27/ , AE CI AE II 23/ , AE AE CI II 24/ , AE AE AE II W , AE AE AE 3.3 Distribuição do vento com a altura A distribuição da velocidade do vento é mostrada na Tab. 2. Em superfície o vento não passou de 1,5 m/s para o tipo I, e calmaria para o tipo II. Até o nível de 1000mb a máxima velocidade encontrada foi de 2.0m/s. Acima deste nível, nota-se velocidades maiores, como por exemplo 7,5m/s e 4,5m/s. Tab.2- Distribuição vertical da intensidade (m/s) e direção do vento na superfície (S), nos níveis de 1000mb (00), 990mb (99), 980mb (98), 960mb (96), 940mb (94), 930mb (93) e 920mb (92), para os dias com nevoeiro (para o ano de 1995) e para os dois tipos (T) de distribuição vertical de temperatura. As direções do vento são representadas da seguinte forma: as letras NW indicam a direção noroeste, N indica a direção norte, E leste, W oeste, SW sudoeste, S sul e SE indica sudoeste. V T DIA S I 25/04 NW-1.5 N-0.5 E N E-1.0 I 26/04 W-1.0 N-2.0 N N NW-2.5 I 05/06 NW-1.0 NW NW-4.5 W-4.0 I TODOS NW-1.2 N II 27/ E E SW-2.0 II 23/ E SE E E-4.5 II 24/ NW S-1.0 S-1.5 II TODOS 0.0 E Duração do Nevoeiro

5 No Boletim do 8 Disme, as observações da ocorrência do nevoeiro de radiação (assim como outros fenômenos) são registradas em períodos de 6 horas, ou seja, se é observado nevoeiro de radiação as 4h, será registrado a ocorrência no período das 00-06h. Dessa maneira fica difícil saber com precisão a hora de início, duração e término do nevoeiro. Por isso, consideramos que o período de déficit do ponto de orvalho (DTd) abaixo de 2 C, seja o período de manifestação do nevoeiro de radiação. Observamos que dos seis dias que foram somente anteriores ao nevoeiro, apenas um (24/04/95) não apresentou período de DTd<2. Para o restante dos dias anteriores, somente o dia (06/07/95) apresentou ventos superiores a 2m/s durante o período de DTd<2. O dia 19/06/98 apresentou apenas 3h de DT<2. Os três dias restantes apresentaram a ocorrência de orvalho e névoa úmida. Poder-se-ia tentar DTd menores do que 1 C, com o objetivo de excluir os dias anteriores, mas eles também apresentaram DTd inferiores a 1 C; alguns dias anteriores apresentaram períodos de DTd menores do que para o período com nevoeiro. Para os dias com nevoeiro e que também foram anteriores, o período de duração de DTd<2 foi de 10h e 30min., em média. Ao passo que, para os dias com nevoeiro, foi de 14h e 30min. em média. Esse resultado difere bastante do resultado encontrado por Meyer (1990), nós encontramos durações 3 à 4 vezes superiores àquelas por ele encontradas. A dissipação do nevoeiro de radiação deu-se entre 1-4h depois do nascer do sol. A diferença entre os dias anteriores e que tiveram nevoeiro e os dias com nevoeiro, foi a hora de início do período de DTd<2; o horário de término foi o mesmo. 4 Conclusão Todos os dias com nevoeiro apresentaram inversão superficial de temperatura com gradientes verticais em torno de 1,6 C/100m para o tipo I, e 0,5 C/100m para o tipo II. A altura do topo da inversão ficou em torno de 950mb para ambos os tipos. A diferença entre as temperaturas do topo e da base da inversão ficou em 8,5 C para o tipo I e 1,5 C para o tipo II. Foram encontrados dois tipos de distribuição vertical. O tipo I apresentou umidade ( Td=3,2 C) em baixos níveis (até 996mb) e o restante da atmosfera se apresentou seca ( Td=14,6 C). O tipo II apresentou umidade ( Td=2,7 C) em baixos níveis (até 908mb) e mais acima, camadas secas ( Td=29,3 C) e um pouco mais úmidas intercaladas ( Td=9,0 C). Até 1000mb a velocidade do vento não passou de 2,0m/s para o tipo I e calmaria para o tipo II. O horário do término do nevoeiro foi igual tanto para os dias com nevoeiro e que foram anteriores, quanto para o dia com nevoeiro. Porém, o horário de início foi diferente, para o dia com nevoeiro o período iniciou antes. A duração do nevoeiro ficou em torno de 10h para os dias com nevoeiro e que foram anteriores, e em torno de 14h para os dias com nevoeiro. 5 Revisão Bibliográfica Alcântara, Fábio de, 1969: Manual de Análise do Diagrama Skew-T, Log P, 112p. Croft, Paul J., et al, 1997: Fog Forecasting for the Southern Region: A Conceptual Model Approach, Weather And Forecasting, v.12, p Lima, J.S., 1982: Previsão de Ocorrência de Nevoeiro em Porto Alegre. Método Objetivo, Instituto de Proteção ao Vôo do Ministério da Aeronáutica, p Meyer, Michael B. e G. C. Lala, 1990: Climatological Aspects of Radiation Fog Ocorrence at Albany, New York, Journal Of Climate, v.3, p Peterssen, S., 1940: Stability and Instability in Relation to Weather Phenomena, Weather Analysis and Forecasting, p e