Isimar de Azevedo Santos Julio Buchmann Departamento de Meteorologia Universidade Federal do Rio de Janeiro

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1 lii.33 UMA CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO BALANÇO DE CALOR E DE UMIDADE SOBRE A REGIÃO AMAZÔNICA Isimar de Azevedo Santos Julio Buchmann Departamento de Meteorologia Universidade Federal do Rio de Janeiro Regina Célia Santos da Costa Instituto de Pesquisas Meteorológicas Universidade de Baurú RESUMO Com o objetivo de investigar os aspectos mais significativos da interação entre a convecção amazônica e a circulação troposférica tropical, foi feita uma análise dos termos das equações de balanço de calor e balanço de umidade, para os nlveis de 850, 500 e 250 hpa, sobre uma área limitada pelos paralelos 5 0 N e 15 0 S e pelos meridianos 75 0 W e 45 0 W. A fonte de dados foram as anáiises horizontais integrando as informações das 6 estações de radiossondagem,do experimento ABLE-2B, nos quatro horários cos e no periodo de 13 de abril a 13 de maio de sinóti Inicialmente procedeu-se o cálculo do movimento vertical, pe la integração da equação da continuidade, sendo os dados de vento tomados de 50 em 50 hpa, desde a superficie até 100 hpa. Em seguida foram calculados e analisados os quatro termos da variação total da temperatura potencial e da razão de mistura do vapor d'água, a fim de mostrar a sua importância individual sobre o balanço regional de calor e de cada um deles. de umidade bem como o ciclo diurno Finalmente é discutida a importância do ciclo diurno da precipitação amazônica sobre as componentes horj.zontal, vertical e local dos balanços de calor e de umidade bem como sua importância na ativação de circulações celulares dos tipos Hadley e Walker. 1. INTRODUÇÃO Sobre os continentes das regioes equatoriais não há grande retenção da radiação solar absorvida devido a sua consideravelmen te menor capacidade térmica quando comparada com a dos oceanos.so bre os continentes tropicais, uma grande quantidade da radiação solar absorvida é usada para a evapotranspiração e no rápido aque cimento diurno da superficie, o que torna a coluna atmosféricã gravitacionalmente instável, levantando o vapor d'água que se con densa nas nuvens cúmulos. Por outro lado, advectado pelos all= sios, o calor sensível e latente chega à região equatorial e, pela vigorosa convecção ai existente, se transforma em energia potencial e calor sensivel cedidos para a atmosfera após a formação dos cúmulos precipitante~. Ev~dência~ da imeortância dos proce~ sos advectivos na formaçao da convecçao amazonica foram apresenta das por Marques et alii (1979), ao demonstrar, a partir de análi= ses em várias estações de radiossondagem da região amazônica, que existe um intenso fluxo de vapor d'água oriundo do Oceano Atlânti co para o interior da bacia amazônica.

2 lii. J.J Tem sido uma p~eocupaçao dos pesquisadores em Meteorologia Tropical a proposiçao de experimen~os de campo ou, em alguns casos, a utilização de acervos de dados já disponiveis com a finali dade de estabelecer quais os compor~amentos mais significativos das oropriedades atmosféricas na vertical. serviram-se de observacões de suoerficie e Yanai et alii (1973) do ar superior em cinco es~ações de radiossãndagens feitas quatro vezes ao dia na área das Ilhas Marshall para a determinação de perfis verticais de pro prieàades a~mosféricas que permi~issem um en~endimento de como o ar ambiental é aquecido e umidecido pela convecção de cúmulos.cer tamente o experimento tropical mais significativo foi o GATE (Ex= perimento do Atlântico Tropical no Programa Global de Pesquisas Atmosféricas) realizado em meados de McGarry & Reed (1978) serviram-se de parte destes dados para determinar o ciclo diurno da atividade convectiva oceânica tropical. A necessidade de se analisar com detalhes a troposfera da re gião equatorial continental da América do Sul vem, recentemente~ preocupando os pesquisadores em virtude das mudanças que a coloni zação da região amazônica está provocando, e gue certamente se re fletirão no clima regional e possivelmente ate na circulação ge= ral da atmosfera. Com este objetivo foi proposta, dentro dos experimentos de campo ABLE (Experimento da Camada Limite Amazônica), a realização de séries criteriosas de radiossondagens a partir das guais se pudesse dispor de informações qu~to ao comportamento tipico da troposfera tropical umida da Amazonia. O presente estudo, realizado com o objetivo de investigar os aspectos mais significativos da interação entre a convecção amazô nica e a circulação troposférica tropical, foi feito tomando comõ base de dados os de seis estações de radiossondagem (Manaus, V1 lhena, Alta Floresta, Belém, Boa Vista e Tabatinga) durante o riodo de 13 de abril a.13 de maio de 1987 (tipicamente o fim pe do periodo chuvoso na Amazônia central), dentro do Experimento ABLE, fase 2B. Assim, a partir dos valores médios no periodo do experi mento a cada nivel isobárico de 900 a 100 hpa (interpolados de 50 em 50 hpa) e para as grandezas temperatura, razão de mist~ra e componentes zonal e meridional do vento, foram calculados os termos do balanço de calor e de umidade nessa região. 2. METODOLOGIA Para uma avaliação dos aspectos mais significativos do balan ço de energia da troposfera equatorial continental amazônica e dã forma como este balanço possa depender da presença e intensidade de cúmulos precipitantes, foram calculados os termos das ~ões de conservação das energias estáticas seca e úmida, deduzidas por Yanai et alii (1973): Q = c (.k ) RIcp (H + V '7 e + w li) 1 P po ôt. õp -+ + V on~e e e-+a.temoeratura potencial, g e a razão de mistura do vapor d'agua. V e o vento horizon~al. ~ e a velocidade vertical na coar

3 denada p, R e a constante dos gases perfeitos para o ar seco, cp ~ o calor especifico a press~o constante, L ~ o calor latente de condensação e po ~ a pressão à superf{cie, aproximada corno loco hpa A velocidade vertical w, tendo p corno coordenada vertical,foi obtida pela integração da equação da continuidade incompressfvel tendo corno condições de contorno movimento vertical nulo em 900 e 100 hpa. Yanai et alii (1973) propuseram as denominações fonte aparen te de calor ao termo 01 e sumidour~ aparente ge umidade ao termo 02. Deve-se observar que as equaçoes acima sao essencialmente a variaç80 total da temperatura potencial_(~~) e da~razão de mis~ura (dq), o que sugere que a interpretaçao aos fenomenos atmosferi cos ~halisados seja feita considerando-se os efeitos da variaç~o local (no caso da presente análise o intervalo foi de 12 horas) e da advecção horizontal e vertical da temperatura potencial e da razão de mistura. 3. RESULTADOS OBTIDOS As figuras 1, 2 e 3 mqstram o aquecimento atmosférico médio as 12 horas TMG (01) nos niveis isobaricos de 850, 500 e 250 hpa, r~spectivamen~e (com unidade 10-3 J/kg.s). Sendo estes, valores medios no periodo do experimento ABLE fase 2b, indicam tipicamente o modo como o ar amazônico recebe e guarda calor sensivel proveniente da condensação dos cúmulos de desenvolvimento vertical profundo nas tardes e noites anteriores (o horário local das análises corresponde ao inicio da manhã). A ordem de grandeza dos valores obtidos e o máximo aquecimento/resfriamento ocorrendo na troposfera média são consonantes com os resultados de Yanai et alii (1973) para a região das Ilhas Marshall, na parte central equatorial do oceano Pacifico e também com 'os de Luo & Yanai (1984) para o setor continental do sul da Ásia, na região e época da mon são indiana de O resfriamento sobre toda a Amazônia em 850 hpa (figura 1) se deve praticamente só ao ciclo diurno da temperatura, uma vez que, neste nivel, os valores do termo (óe/ót) bem como sua distri buição horizontal (não mostrada) são muito semelhantes e os de= mais termos do balanço de calor são despreziveis. Assim, a baixa troposfera amazônica na época chuvosa perde calor durante a noite por radiação, por transporte pelo movimento vertical ascendente e/ou por evaporação. Do mesmo modo o aquecimento médio às 12 ho ras TMG, observado na alta troposfera (figura 3) também se deve ao term~ da varia9~0 local da tempera~ura (os demais termos calc~ lados sao despreziveis) mas, ao contrario da baixa troposfera, o ar nos altos niveis ainda guarda pela manhã o calor recebido da convecç~o ocorrida horas antes. O aquecimento/resfriamento médio em 500 hpa, no periodo do experimento, está muito bem relacionado com o transporte vertical de calor sensível, mostrado na figura 4, indicando assim a importância da convecção precipitante no balanço de calor amazônico na época das chuvas regionais.. O estudo da evoluç~o espacial-temporal do conteúdo de vapor d'água da atmosfera amazônica foi feito através da avaliação do termo sumidouro ge umidade (02), bem como de seus te~mos compone~ tes na baixa e media troposfera. As figuras 5 e 6 sao a represen tação de Q2 médio no período do experimento às 12 horas TMG, res= pectivamente em 850 e 500 hpa. No interior do continente,os dois

4 III.36 principais núcleos do sumidouro de umidade se sobrepõem na baixa e média troposfera, são coincidentes com a variação local da razão de mistura (óq/ót) mostrada na figura 7 e também com as regiões de aquecimento/resfriamento da figura 2. Isto indica uma possivel defasagem no ciclo diurno da convecção amazônica relacionada com a distância à costa atlântica. Finalmente a importância da advecção de umidade vespertina do oceano Atlântico para o interior da Amazônia fica evidenciada na figura 8, onde é apresentada a distribuição da advecção de umi dade pela componente zonal do vento da baixa troposfera (850 hpa~ O núcleo negativo junto à costa indica o suprimento de umidade oceânica disponivel pela manhã. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao Dr. Pedro Leite da Silva Dias pelas valiosas sugestões apresentadas. 4. BIBLIOGRAFIA LUa, H. & YANAI, M. The 1arge-sca1e circulation and heat sources over the Tibetan P1ateau and surrounding areas during the ear1y summer of Part 11: heat and moisture budgets. Mon. Wea. Rev., 112: , McGARRY, M.M. & REED, R.J. Diurnal variations in convective activity and precipitation during phases 11 and 111 of GATE. Mon. Wea. Rev.,!O~(l): , MARQUES, q.; SANTOS"J.M. & SALATI, E._ O cameo do fluxo de vapor d'agua atmosferico sobre a regiao Amazonica. Acta Amazônica, ~(4): , YANAI, M.; ESBENSEN, S. & CHU, J. Determination of bulk of tropical c10ud c1usters from 1arge-scale heat and budgets. J. Atmos. Sei., 30(4): , properties moisture

5 Figura 1 - Fonte aparente de calor em 850 hpa (unidade: 10-3 J/kg..s. ) Figura 2 - Fonte aparente de calor 500 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). em Figura 3 - Fonte aparente de calor em 250 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). Figura 4 - Transporte vertical de em 500 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). calor

6 III.38 Figura 5 - Sumidouro aparente de umidade em 850 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). Figura 6 - Sumidouro aparente de umida de em 500 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). o o -s -5 -, LJ_L---':!:::=::::í=::t::S::L-lL-L_L---.J -'5 L--.:._...J..._J-...-.:._...J...::...J-...--'-_...J..._~---I -~ -70 -c D-75 -;" Figura 7 - Variação local da razão de mistura em 850 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s). Figura 8 - Advecção de umidade pela com ponente zona1 em 850 hpa (unidade: 10-3 J/kg.s).