Estudo de caso de Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis utilizando o software GrADS e imagens de satélite do EUMETSAT

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1 Estudo de caso de Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis utilizando o software GrADS e imagens de satélite do EUMETSAT Maurício Granzotto Mello, Maely Soares Silva, Joana Trentin Piceni de Souza, Maria Clara Tesser e Mariana Dal Ponte Feliciano. Curso Técnico de Meteorologia, Instituto Federal de Santa Catarina IFSC. Resumo: Este artigo é um estudo de caso de vórtices ciclônicos de altos níveis (VCAN), ocorrido entre 1º ao dia 16 de fevereiro de 2011, analisados com o auxilio do software ILWIS, o qual realiza o tratamento das imagens obtidas e com o aplicativo GrADS utilizado para gerar as imagens. Com as imagens geradas, inicia-se o estudo de caso, analisando imagem por imagem. Palavras-Chave: ILWIS, GrADS, Palmer, Reanálises e Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis. Abstract: This article is a case study of upper level cyclonic vortex, held between 1st to 16th of February 2011, analyzed with the help of the software ILWIS, which performs the processing of images obtained and the application GrADS used to generate the images. With the generated images, the case study begins by analyzing frame by frame. Keywords: ILWIS, GrADS, Palmer, Reanalysis and Upper Level Cyclonic Vortex. INTRODUÇÃO Os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) são centros de pressão razoavelmente baixos, originam-se na alta troposfera, podendo se estender até níveis médios. Possui o núcleo frio devido ao movimento descendente no seu centro, o que ocasiona o transporte do ar frio da alta para a média troposfera (Ferreira, 2009). Já na periferia do sistema o movimento ascendente do ar proporciona formação de nuvens devido ao transporte do ar quente e úmido. Os VCANs possuem origem tanto tropical (Palmer) quanto extratropical (Palmén). (Ferreira, 2009) complementa que no Brasil as características de um VCAN de origem tropical (Palmer) são: atuação entre os meses de dezembro a fevereiro, com duração em média de 4 a 11 dias. Se originários no continente, causam forte precipitação no Norte e Nordeste do País. Algumas fontes levam em conta a interação do VCAN com outros dois sistemas, o que explicaria a forte precipitação relacionada ao sistema. Esses sistemas são: a Alta da Bolívia (AB) e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Rao e Bonatti (1987) sugerem que a formação dos VCANs envolve processos termodinâmicos como a liberação de calor latente de condensação e a variação diurna da intensidade da AB sobre o continente sul-americano, além da instabilidade barotrópica (instabilidade em todos os níveis da troposfera). Em um caso específico chamado de

2 Formação Classica, o VCAN forma-se com a intensificação de uma crista devido a AB, decorrente da incursão de sistemas frontais para latitudes baixas, como sugeridas por Koustky e Gan (1981). De acordo com Ramirez (2009), neste caso observa-se na baixa troposfera uma forte advecção de ar quente e úmido no flanco leste do vórtice, à medida que o sistema frontal se desloca para latitudes subtropicais. Como consequência da interação desse ar quente com a frente fria, desenvolve-se uma convecção profunda. Dessa forma, uma grande quantidade de calor latente é liberada para a atmosfera, com um aumento da temperatura média da camada troposférica, amplificando a crista na alta troposfera e o cavado que está a leste da AB. Forma-se, portanto, um vórtice nos altos níveis da atmosfera. Neste projeto serão analisadas imagens de estudo de caso para a região nordeste do Brasil a partir de um software de tratamento de imagens ILWIS (Integrated Land and Water Information System). Antes deste tratamento, é necessário o download de dados binários e a conversão dos mesmos em imagens no site EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites). Estes processos: ILWIS e EUMETSAT, foram descritos em um Projeto Integrador (PI) anterior, a partir do qual este PI baseia-se. A área a ser analisada será o nordeste brasileiro por possuir uma boa cobertura do satélite ao qual se obteve o acesso, além da riqueza de estudos já realizados nesta região tendo em vista a frequente ocorrência de fenômenos intensos. Para o estudo de caso serão utilizados os dados de reanalise do NCEP/NCAR (National Centers for Atmospheric Prediction (NCEP) and National Center for Atmospheric Research (NCAR)) para o período referente ao estudo de caso escolhido, além da utilização do GRADs (Grid Analisys and Display System) para gerar imagens. MATERIAIS E MÉTODOS Para programar uma estação de recepção de imagens de satélite, é necessário um conjunto de programas e equipamentos que juntos irão disponibilizar uma imagem. Este conjunto e sua seqüência de operação estão esquematizados na FIGURA 1. FIGURA 1 Componentes de uma estação de recepção: EUMETCast. Fonte: LAPISMET. Laboratório de análise e processamento de imagens de satélite. Disponível em: <http://www.lapismet.com/index.php?option=com_content&view=article&id=19&itemid=25>. Acesso em: 12/11/2011.

3 Como mostrado na FIGURA 1, o sistema inicia-se pela instalação de uma antena conectada ao computador por esse canal que possui um Low-noise block converter (LNB), este decodificador está conectado com a placa Digital Video Broadcasting (DVB). O software TELLICAST CLIENT, tem a função de reconhecimento do usuário e o armazenamento dos dados em disco rígido. No caso da falta da antena, somente é necessário o computador pessoal, o software TELLICAST CLIENT, a chave EKU e o ILWIS, o processo de recepção de dados pode ser substituído pelo acesso ao site EUMETSAT. Por fim, no computador pessoal é realizada a conversão dos dados binários recebidos pela antena e seus componentes em imagens de satélite. Neste trabalho utilizase o método alternativo, recepcionando os dados online. Com o objetivo de complementar as análises de satélite para o nordeste brasileiro neste específico estudo de caso sobre os VCAN s, será utilizado o GrADs, um aplicativo meteorológico que fornece acesso, manipulação e exibição de dados obtendo-se imagens que podem ser recortadas, especificadas com relação à variável e analisadas pelo usuário. Dos dados de reanalise do NCEP / NCAR serão utilizados para o período de 1 a 16 de Fevereiro de 2011 em horários sinóticos, a partir das quais serão feitas analises referentes à presença ou não do VCAN para os níveis de 200, 250 e 300hPa. Sendo analisados somente os campos de linhas de corrente, imagens de vapor e infravermelha realçada do Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) e imagem composta (EUMETSAT) Os produtos determinados pelo projeto em conjunto entre o National Centers Environmental Prediction (NCEP) e o National Center for Atmospheric Research (NCAR), descrito por Kalnay, et al. (1996), baseiam-se numa técnica de assimilação de dados para produzir um número relativamente elevado de variáveis climáticas e meteorológicas. Num primeiro momento, os dados de observação são analisados e interpolados para sistema de redes de três ou quatro dimensões, através de modelos de circulação geral, que são utilizados nas previsões numéricas do tempo. O modelo é então rodado com os dados observados, de modo que a saída da simulação sejam variáveis climáticas (algumas não obtidas de forma direta), as quais são interpoladas em zonas do globo onde não é possível obter qualquer informação sobre o estado do tempo. Através desse processo, os dados são produzidos e reanalisados em várias escalas de tempo, que vão desde uma frequência de quatro vezes por dia (de 6 em 6 horas) ou até médias mensais, para um período a partir de 1948 até o presente. Os dados de reanálise do NCEP / NCAR são gerados com uma resolução de 28 níveis na vertical e uma resolução horizontal de 210 Km (T62). A grande vantagem desta base de dados reside no fato de disponibilizar um número elevado de parâmetros (de superfície e de altitude), todos eles relacionados com a dinâmica da atmosfera, formando um conjunto de informações bastante coerente, homogêneo e atualizado. A análise dos resultados é feita a partir da identificação de VCAN, utilizando: cartas de Linhas de Corrente (em 200, 250 e 300 hpa) de dados de reanálise do NCEP, geradas pelo GrADS para latitude de 5ºN - 35ºS e longitude de 75ºW 30ºW; e de imagens do satélite GOES de Vapor d água e de Infravermelho Realçado, disponibilizadas pelo CPTEC. Serão analisadas imagens de satélite do GOES-12 e do EUMETSAT. A análise se concentrou em identificar a presença dos núcleos de VCAN, sua circulação ciclônica e sua posição, em detrimento da atuação de sistemas de alta pressão em altos níveis, como a Alta da Bolívia.

4 RESULTADOS Os resultados da reanálise mostraram que nas cartas de Magnitude e linhas de corrente em 200 hpa, dos 61 horários sinóticos estabelecidos para o estudo de caso (das 00Z do dia 01 a 00Z do dia 16 de fevereiro), em 37 delas foi identificado o VCAN, o que representa 60,65% das vezes, ou seja 9,25 dias de ocorrência para este nível. Nas cartas de 250 hpa, o VCAN esteve presente em 53 horários sinóticos, o que representa 86,88%, ou seja, 13,25 dias de ocorrência para o nível de 250hPa. No nível de 300hPa foi possível identificar o VCAN em 50 horários sinóticos, em porcentagem: 83,33%, representado em dias: 12,5 dias. Nos níveis observados, nos horários que não foram identificados o VCAN foi possível observar o Cavado de Altos Níveis. Nas imagens de satélite, porém, a identificação dos VCAN não mostrou a mesma eficácia. Nas imagens de Vapor d água do satélite GOES, foi possível identificar, nas 45 imagens disponibilizadas, a ocorrência de VCAN em apenas 6 casos, o que representa 13,33% dos casos. Em imagem do canal infravermelho este percentual cai, das 46 imagens observadas, apenas em 3 delas é possível observar o núcleo do VCAN e sua circulação ciclônica (6,52% dos casos). A diferença entre os resultados obtidos pela reanálise e as imagens de satélite ocorrem devido a alguns fatores. Em muitos casos, quando o VCAN está posicionado sobre o continente sul-americano, onde há uma perturbação de mesoescala (em decorrência do processo convectivo em superfície), dificulta a identificação de suas características ciclônicas em imagens do canal infravermelho e do canal de vapor d água. Apesar disto, nas imagens de satélite, é possível identificar a ausência de nuvens no litoral do nordeste brasileiro, associado aos VCANs e a área onde há a formação de nuvens de desenvolvimento vertical no interior do nordeste, sem seu aspecto circular característico. Em um dos casos analisados foi possível identificar o VCAN em todos métodos utilizados, às 12:00Z e às 18:00Z do dia 14. Ás 12Z, no nível de 200 hpa, o centro deste VCAN estava posicionado em aproximadamente 39ºW e 17ºS, já no nível de 250 hpa, seu núcleo estava posicionado em aproximadamente 38ºW e 17ºS. Às 18Z, o VCAN se deslocou a oeste, em 200 hpa estava posicionado em 40ºW e 20ºS e em 250 hpa em 40ºW e 19ºS. Nas imagens do satélite GOES-12 (vapor d água e infravermelho realçado), dos horários sinóticos citados acima, é possível identificar o núcleo do VCAN à leste do estado do Espírito Santo, sobre o Oceano Atlântico. Nas imagens de vapor d água, é possível visualizar a circulação ciclônica do sistema para os médios níveis da troposfera, já na imagem de infravermelho realçado o que fica mais evidente é a temperatura dos topos de nuvens na borda do sistema para níveis inferiores. Foram geradas imagens do EUMETSAT, do canal composto (visível e infravermelho), para o período, exclusivamente para os horários das 12:00Z e 18:00Z. Das 28 imagens disponíveis analisadas, é possível identificar o VCAN em 5 horários sinóticos. Relacionando a análise de linhas de corrente com os resultados das imagens de satélite, apenas no dia 14 às 12:00 e às 18:00 foi possível identificar o VCAN com todos esses métodos. Segue um exemplo de cada imagem utilizada para a identificação do sistema. A TABELA 1 são cartas carta de linhas de corrente e magnitude do vento em 200, 250 e 300hPa as 12 e as 18Z, resultados de análise a partir dos dados de reanálise NCEP/NCAR, tais imagens geradas pelo grupo. A TABELA 2 foi gerada pelo grupo por meio do sistema EUMETSAT, integrando o projeto anteriormente citado.

5 200hPa as 12Z de 14/02/ hPa as 18Z de 14/02/ hPa as 12Z de 14/02/ hPa as 18Z de 14/02/2011

6 300hPa as 12Z de 14/02/ hPa as 18Z de 14/02/2011 TABELA 1 Linha de corrente e magnitude do vento em 200, 250 e 300hPa de 14 fevereiro de Fonte: acervo próprio. As 12Z As 18Z TABELA 2 Imagens geradas pelo IWIS por meio do sistema EUMETSAT de 14 fevereiro de 2011 as 12Z e as 18Z. Fonte: acervo próprio.

7 CONCLUSÃO Como observado no projeto Implementação do Sistema EUMETCast, no atual projeto realizamos a análise meteorológica das imagens obtidas pelo satélite EUMETCast com complementos para auxiliar como o software GrADS. A partir dessas imagens foi realizado um estudo de caso para a região nordeste nos dias 01 ao dia 16 de fevereiro de 2011, a partir de um software de tratamento de imagens ILWIS e pelo GrADS gerando cartas de linhas de corrente, que foram previamente observadas e analisadas. O resultado mostrou que quando o VCAN está posicionado sobre o continente ele sofre perturbações das condições de mesoescala, sendo mais difícil identificá-lo em imagens de satélite. Analisando as imagens do sistema EUMETCAST, identificamos um empecilho ao relacionar os resultados, tendo em vista que foram perdidas informações úteis de horários sinóticos, em decorrência da limitação de transferência de dados estabelecida pelo próprio sistema. REFERÊNCIAS LAPISMET. Laboratório de análise e processamento de imagens de satélite. Disponível em: Acesso em: 12/11/2011. ESA. European space agency. Disponível em: <http://www.esa.int/esami/eduspace_pt/semq6b65p1g_0.html> Acesso em: 29/11/2011. EUMETSAT. Monitoring weather and climate from space. Disponível em: <http://www.eumetsat.int/home/main/abouteumetsat/index.htm?l=en> Acesso em: 30/11/2011 EMBRAPA. METEOSAT Meteorological Satellite. Sistemas Orbitais de Monitoramento e Gestão Territorial. Disponível em: <http://www.sat.cnpm.embrapa.br/conteudo/meteosat.htm>; Acesso em 04/11/11. SOUZA. Joana T. P de; SILVA, Maely S.; TESSER, Maria Clara.; FELICIANO, Mariana D. P. Implementação do Sistema Eumetcast. (Artigo não publicado) Florianópolis, 2011.

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