SIMULAÇÃO DE ALTA RESOLUÇÃO DAS CIRCULAÇÕES LOCAIS NO LESTE DA AMAZÔNIA

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1 SIMULAÇÃO DE ALTA RESOLUÇÃO DAS CIRCULAÇÕES LOCAIS NO LESTE DA AMAZÔNIA José Augusto de Souza Júnior 1 Júlia Clarinda Paiva Cohen 2 Adilson Wagner Gandu 3 Thiago Damasceno Cordeiro 4 Maria Aurora Santos da Mota 5 Leonardo Deane de Abreu Sá 6 RESUMO Foram estudadas as circulações locais através da simulação numérica de alta resolução durante o final do período chuvoso de 2003 no leste da Amazônia. A comparação dos resultados experimentais provenientes de radiossondagens lançadas em Bragança e Caxiuanã com aqueles resultantes da simulação numérica feita com o modelo atmosférico BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling System), concordaram no que se refere a ocorrência de circulação de brisa marítima e terrestre. Perfis verticais do vento horizontal confirmam os resultados de Cohen et al (2006) onde se tem a canalização do vento horizontal através do Rio Tocantins. Outro aspecto encontrado foi a existência de um movimento descendente na região do Rio Tocantins e ascendente sobre o lado leste do continente. ABSTRACT It were studied the local circulations in Amazonia's east using high resolution numeric simulation during the end dry season The comparison of the experimental results obtained from radiosonde launched in Bragança and Caxiuana with those resultant of the numeric simulation made with the atmospheric model BRAMS(Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System), agreed with regard to marine and terrestrial breeze circulation occurrence. Vertical profiles of horizontal wind confirm the results of Cohen et al (2006) where has the horizontal wind canalization through Tocantins river. Other aspect found was the existence of a descending movement in the region of Tocantins river and an ascending on the east side of the continent. Palavras Chave: Circulações Locais, BRAMS INTRODUÇÃO Os fatores de grande escala explicam relativamente bem as características climáticas sobre a região amazônica, porém quando a análise é focalizada sobre regiões limitadas, ressalta-se o papel das características fisiográficas da região. Em especial, estudos de simulação numérica com modelo regional avaliaram os impactos do desmatamento sobre o clima para o oeste da Amazônia (Silva Dias et al, 2002), e para o leste da Amazônia (Gandu et al., 2004). As simulações numéricas de Silva Dias et al. (2002), mostraram que a região desmatada em Rondônia tem um papel importante na localização da precipitação simulada. Gandu et al. (2004), mostraram interessantes padrões devido à interação entre o desmatamento e fatores locais, representando alguns efeitos associados à 1 - Aluno de Graduação em Meteorologia e Bolsista PIBIC - UFPA Professor Adjunto - Departamento de Meteorologia - CG - UFPA Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG - USP Aluno de Graduação em Engenharia da Computação UFPA 5 - Professor Adjunto - Departamento de Meteorologia - CG - UFPA Museu Paraense Emílio Goeldi - Campus Pesquisa-CCTE/Escritório INPE 1

2 mesoescala que normalmente não são representados em simulações semelhantes usando Modelos de Circulação Geral. A velocidade do vento próximo à superfície foi a variável que teve a maior mudança significativa devido ao desmatamento. Silva Dias et al (2004) observaram que a introdução do ar frio no oeste da Amazônia baixou a temperatura em superfície e aumentou a pressão ao nível do mar no oeste da Amazônia, com conseqüente redução da velocidade dos ventos aliseos, representando ambiente favorável ao desenvolvimento de circulação local. Recentemente, Cohen et al (2006) analisaram a origem dos Jatos de Baixos Níveis (JBN), em aproximadamente 600 metros de altura, em Caxiuanã. Nos horários da tarde a intensificação do vento ao longo da costa atlântica está associada à circulação de brisa marítima. Entretanto, esse centro de máxima velocidade do vento penetra para o interior do continente, alcançando a região de Caxiuanã no dia seguinte entre 00 e 06 UTC. Assim, mesmo que as características da atmosfera sobre a Amazônia sejam determinadas pela circulação de grande escala, a proximidade do oceano em sua parte leste, a presença de grandes rios ao longo de toda a Bacia, além de regiões montanhosas, criam variabilidades espaciais e temporais específicas sobre essas regiões. Na parte leste da Amazônia, por exemplo, a precipitação é claramente modulada pela circulação da brisa marítima (Kousky, 1980; Negri et al., 2000). Dessa forma, utilizando um modelo de alta resolução esse trabalho avalia a ocorrência de circulações locais, as quais devem influenciar nas trocas de energia, água e carbono entre a floresta e atmosfera, durante uma campanha de coleta de dados, no leste da Amazônia. MATERIAL E MÉTODOS Os dados utilizados neste trabalho foram coletados durante o experimento de campo denominado Circulações de Mesoescala no Leste da Amazônia CiMeLA realizado entre 27 de outubro a 17 de novembro de 2003, na Reserva Florestal de Caxiuanã, PA. Durante o Experimento CiMeLA foram efetuadas sondagens verticais da atmosfera com radiossondas VAISALA RS 80, lançadas, no mínimo em quatro horários (6, 12, 18, 00 UTC), exceto nos três últimos dias do Experimento, quando foram realizadas sondagens de 3 em 3 horas, mantendo-se os horários acima. Descrição do Experimento Numérico As circulações locais no leste da Amazônia foram avaliadas através de simulações numéricas feitas com o modelo BRAMS (Cotton et al., 2003). Foram utilizadas duas grades aninhadas com espaçamento horizontal de 32 e 8 km. A resolução vertical foi variável com espaçamento inicial de 50 metros na camada mais baixa do modelo, aumentando para cima pelo fator de 1,2 até o espaçamento vertical atingir 1000 metros, que é então mantido até o topo do modelo. 2

3 A inicialização do modelo foi variável e utilizou as análises do modelo global do CPTEC, as radiossondagens e os dados, em intervalos de 6 em 6 horas. O período de integração do modelo foi de 15 dias, iniciando-se no dia 01 de novembro de 2003 às 12 UTC. Na simulação foram utilizadas as parametrizações de superfície e vegetação, radiação, microfísica de nuvens, parametrização de convecção rasa. A parametrização convectiva profunda de Grell foi utilizada apenas na grade 1. RESULTADOS E DISCUSSÃO Validação da Simulação Numérica Através de imagens de satélite no canal infravermelho, foi possível observar o desenvolvimento de linhas de convecção ao longo da costa atlântica, durante o período de integração do modelo (Figura 1a). A comparação da chuva gerada pelo modelo BRAMS (Figura 1.b) e as respectivas imagens de satélite (Figura 1 a) mostram o desenvolvimento de linhas de convecção ao longo da costa. Além desses sistemas atmosféricos, observa-se a presença de sistemas convectivos no sul do Estado do Pará associados a um sistema frontal no sudeste do Brasil. Ressalta-se que a formação dessas linhas de convecção está associada à circulação de brisa marítima ao longo da costa, conforme pode ser notado ao longo da costa onde se observa a intensificação do vento horizontal (Figura 1c). Nas simulações com o BRAMS, durante o inicio da manhã, observou-se formação de brisa terrestre, porém devido à predominância dos ventos aliseos, não ocorreu o giro do vento associado a essa circulação local, mas apenas o enfraquecimento dos aliseos (não mostrado). Circulação Local a) Brisa Marítima e Terrestre A distribuição vertical temporal da velocidade do vento horizontal obtida através das radiossondas lançadas em Caxiuanã e Bragança e aquelas produzidas pelo modelo BRAMS estão representadas na Figura 2. Infelizmente, por problemas técnicos, essas séries de dados apresentam falhas nos dois sítios. Entre 1000 e 850 hpa, em geral, observa-se que a simulação numérica reproduziu o comportamento do vento observado nas radiossondas, tanto em Caxiuanã como em Bragança, na maioria do período simulado. Os JBNs mostraram-se mais bem definido em Caxiuanã, sendo que recentemente Cohen et al (2006) mostraram que esses JBNs têm sua formação associada à circulação de brisa marítima, ao logo da costa atlântica da Amazônia. b) Canalização da Circulação de Brisa 3

4 A analise da componente zonal do vento, na grade 2, para todo o período de integração do modelo, na latitude constante de 2º. S, mostrou, diariamente no período noturno, intensificação do vento zonal de leste, chegando a mudar de direção em seis diferentes dias da integração do modelo (não mostrado). Para o dia 2 de novembro às 18 UTC, têm-se a divergência do vento horizontal e os perfis verticais do vento vertical e horizontal (Figura 3). Observa-se ao longo da costa nordeste paraense e na costa leste do Rio Tocantins o estabelecimento da convergência do vento junto à superfície, com conseqüente movimento vertical ascendente, como pode ser verificado no perfil do vento vertical (Figura 3b), onde se tem um movimento descendente na região do Rio Tocantins e ascendente sobre o lado leste do continente. O perfil vertical do vento horizontal mostra a canalização do vento horizontal, com valor máximo de 11m/s na altura de aproximadamente 200 metros, na região do Rio Tocantins (Figura 3c). Tal resultado está de acordo com aqueles encontrados por Cohen et al (2006), também utilizando o modelo BRAMS. (a) (b) (c) 01/11/2003 às 20 UTC 01/11/2003 às 20 UTC 01/11/2003 às 20 UTC 10/11/2003 às 20 UTC 10/11/2003 às 20 UTC 10/11/2003 às 20 UTC Figura 1- (a) Imagens de satélite no canal infra-vermelho; (b) precipitação gerada pelo BRAMS (mm/h); (c) vento horizontal (m/s) na altura de 567,7 metros. (Imagens de satélite cedidas pelo Laboratório Master da USP). 4

5 Radiossondas Bragança BRAMS Bragança Radiossondas Caxiuanã BRAMS Caxiuanã Figura 2 Perfil vertical do vento horizontal (m/s) observado e simulado pelo modelo BRAMS em Bragança (acima) e Caxiuanã (embaixo) durante o período de 1 a 16 de novembro de (a) (b) (c) Figura 3 (a) Divergência do vento horizontal (sombreado) (10 4s- 1 ) e vento horizontal (m/s) (vetor) junto à superfície (23 metros); (b) perfil vertical da componente vertical do vento multiplicado por 100 (m/s) e (c) perfil vertical do vento horizontal (m/s), na latitude de 1º. S para o dia 2 de novembro de 2003 as 18 UTC. CONCLUSÕES Simulações numéricas com modelo de alta resolução indicam a ocorrência de circulação de brisa marítima no período vespertino e terrestre no inicio da manhã no leste da Amazônia. Tais circulações mostram durante os horários da manhã o máximo de precipitação contornando a costa 5

6 sobre o oceano, enquanto que nos horários vespertinos esse máximo intensifica-se, deslocando-se para o interior do continente até aproximadamente 250 km da linha da costa (Negri et al., 2000). Segundo Kousky (1980), a precipitação em Belém ocorre preferencialmente no período da tarde, enquanto que em Soure/Ilha do Marajó, ocorre no período da madrugada. Essa conclusão é resultante do fato da cidade de Soure está localizada mais próxima da linha da costa, portanto é diretamente afetada pela convecção associada à brisa terrestre, enquanto Belém, posicionada mais no interior, sofre a influência da convecção relacionada à brisa marítima. Possivelmente, essas circulações locais podem está influenciando a mistura nas trocas de energia, água e carbono entre a floresta e atmosfera, principalmente no horário noturno, quando os JBNs atingem Caxiunã. Ressalta-se que Cohen et al (2006) atribuem a origem desses JBN à circulação de brisa marítima ao longo da costa atlântica em Caxiuanã. AGRADECIMENTOS Esta pesquisa esta sendo financiada pelo CNPq/Instituto do Milênio (Processo420199/2005-5) e pela SECTAM/PRONEX. José Augusto de Souza Junior agradece ao PBIC/CNPq pela bolsa de iniciação científica concedida; os autores agradecem a todos os participantes do Experimento CiMeLa, ao MPEG Goeldi que proporcionou o bom andamento deste Experimento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cohen, J. C. P, Sá, L. D. A,., Nogueira, D. S., Gandu, A. W., 2006 : Jatos de baixos níveis acima da Floresta Amazônica em Caxiuanã (Pa). Rev. Bras. Meteoro, Aceito para Publicação. Cotton, W. R. et al., 2003 : RAMS2001 : Current status]and future directions, Meteorol. Atmos. Phys., 82, Gandu AW, Cohen J.C.P, Souza J.R.S., 2004: Simulation of deforestation in eastern Amazonia using a high-resolution model. Theoretical And Applied Climatology, 78, Kousky VE (1980): Diurnal rainfall variation in Northeast Brazil. Mon Wea Rev,108: Negri A.J., Anagnostou E.N., Adler R.F. (2000) A 10-yr climatology of Amazonian rainfall derived from passive microwave satellite observation. J Appl Meteor 39: Silva Dias M.A.F., Silva Dias P.L., Longo M, Fitzjarrald D.R., Denning A.S. (2004): River breeze circulation in eastern Amazon: observations and modelling results. Theoretical And Applied Climatology, v. 78. Silva Dias, M.A.F., et al, 2002: Clouds and rain processes in a biosphere atmosphere interaction context in the Amazon Region, Journal of Geophysical Research, 107, No. D20,

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