Análise das condições atmosféricas durante evento extremo em Porto Alegre - RS

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1 Análise das condições atmosféricas durante evento extremo em Porto Alegre - RS Madson T. Silva 1, Vicente de P.R da Silva 2, Julliana L. M. Freire 3, Enilson P. Cavalcanti 4 1 Doutorando em Meteorologia, (UFCG) Campina Grande, PB, Brasil. madson_tavares@hotmail.com (Bolsista do CNPq) 2 Professor, Doutor, (UFCG) Campina Grande, PB, Brasil. vicente@dca.ufcg.edu.br 3 Graduanda em Meteorologia, (UFCG) Campina Grande, PB, Brasil. jullianalarise@hotmail.com (Bolsista do CNPq) 4 Professor, Doutor, (UFCG) Campina Grande, PB, Brasil. enilson@dca.ufcg.edu.br ABSTRACT - In this study the goal was to investigate the Showalter index, K, and Totals Totals obtained from upper air data, was also possible to obtain information on the conditions of stability of the atmosphere through the indices of instability and vertical profiles of potential temperature (θ), equivalent potential (θe) and saturation equivalent potential (θes), was used both for a total of six radiosonde measurement at the weather station's Salgado Filho International Airport in Porto Alegre, in the hours of 00:00 and 12:00 UTC during the period of 17 to 20 November 2009, available from a database of the University of Wyoming. Enhanced images were also used GOES-10 satellite to monitor the development of systems. Palavras-Chave: Índices de instabilidade, perfis termodinâmicos e precipitação 1. INTRODUÇÃO O estado do Rio Grande do Sul representa pouco mais de 3% do território brasileiro, a sua posição geográfica e latitudional o colocam como primeiro contato de frentes de origem polar bem como sob a ação de centros como os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAS), o que o coloca em uma situação particular do ponto de vista climático (Kim, 1998). Segundo (Cardoso et. al., 2006) A precipitação está associada às características de instabilidade da atmosfera, essa variável meteorológica é determinada através de estudos da configuração da atmosfera superior utilizando informações de sondagens aerológicas e essas informações são coletadas pelas estações de radiossondagem, existentes em algumas localidades no Brasil. Em função da dificuldade da determinação e análise da estabilidade através do estudo de níveis estáveis e instáveis, foi introduzida uma quantificação numérica para a instabilidade chamada Índice de instabilidade (Cardoso et. al., 2006). Tais índices envolvem um valor numérico que pode ser obtido através de diferenças entre a temperatura do ar e do ponto de orvalho, e outros parâmetros entre duas superfícies (altura) escolhidas arbitrariamente (Cardoso et. al., 2006). Neste trabalho foram utilizados com objetivo de analisar as condições termodinâmicas da atmosfera no período de ocorrência de um fenômeno extremo na cidade de Porto Alegre-RS. 2. MATERIAL E MÉTODOS Para a realização da presente pesquisa foi utilizado um total de 6 radiossondagens realizadas na estação meteorológica do Aeroporto Internacional Salgado Filho na cidade de Porto Alegre-RS, nos horários das 00:00 e 12:00 UTC no período de 17 a 20 de novembro de 2009,

2 disponibilizadas a partir de um banco de dados da Universidade do Wyoming. A partir dos dados de ar superior foi possível obter informação sobre as condições de estabilidade da atmosfera através do índices de instabilidade e perfis verticais das temperaturas potencial (θ), potencial equivalente (θe) e potencial equivalente de saturação (θes). As variáveis termodinâmicas (θ, θe e θes) foram calculadas segundo as equações propostas por Bolton (1980). Foram utilizadas também imagens realçadas do satélite GOES-10 para acompanhamento da evolução dos sistemas no período de 17 a 20 de novembro de 2009, as imagens foram disponibilizadas a partir de um banco de dados presente no DSA/CPTEC/INPE. Índice K - O Índice K (IK) indica o grau de instabilidade atmosférica com base na análise conjunta do gradiente de temperatura entre os níveis de 850 e 500 hpa e do teor de umidade abaixo de 700 hpa. Têm-se valores mais altos em situações de grande teor de umidade nos baixos níveis da atmosfera e taxa de variação vertical de temperatura instável (Benetti e Dias, 1986). É obtido através da equação (1): IK= (T850 T500) + [Td850 (T700 Td700)] (1) em que: T850 é a temperatura do ar em 850 hpa (ºC); T500 é a temperatura do ar em 500 hpa (ºC); Td850 é a temperatura do ponto de orvalho em 850 hpa (ºC); T700 é a temperatura do ar em 700 hpa (ºC); e Td700 é a temperatura do ponto de orvalho em 700 hpa (ºC). O prognóstico da ocorrência de tempestade é feito com base na classificação descrita na Tabela 1. Tabela 1. Valores do IK e condições de tempo esperadas Valores de IK (ºC) Condições esperadas Entre 20 e 24 Cb s isolados Entre 25 e 29 Cb s muito Entre 30 e 35 Cb s Acima de 35 Cb s numerosos Índice de Showalter (IS) - Este índice foi definido com o objetivo de estimar a instabilidade potencial na camada entre 850 e 500 hpa. Como no caso do IK, tem como finalidade fazer prognóstico de tempestades. É calculado através da equação (2): IS= T500 T 500 (2) em que: T500 é a temperatura do ar no nível de 500 hpa, e T 500 é a temperatura da parcela que ascende adiabaticamente desde o nível de 850 hpa até o nível de condensação por levantamento (NCL) e continua ascendendo pseudoadiabaticamente até o nível de 500 hpa. Ou seja, para determinar T 500, deve-se encontrar o NCL a partir de 850 hpa e a partir desse ponto subir pela adiabática úmida até o nível de 500 hpa. T 500 é o valor da temperatura neste ponto. Valores negativos indicam condições de instabilidade. O prognóstico da ocorrência de tempestade é feito com base na classificação descrita na Tabela 2.

3 Tabela 2. Valores dos IS e condições de tempo esperadas Valores de IS (ºC) Condições esperadas 3 Estabilidade absoluta 1 IS 3 isoladas -3 IS 1 esparsas -6 IS -3 severas < -6 Possibilidade de ocorrência de tornados Índice Total-Totals (TT) - É utilizado para identificar potenciais áreas com desenvolvimento de tormentas convectivas. É o resultado da soma dos índices convectivos Cross-Total (CT) e VerticalTotal (VT), obtido pela equação (3). TT = CT + VT = ( TD850 - T500 ) + ( T850 - T500 ) = T850 + TD850 2T500 (3) Os valores do índice TT para convecção são apresentados na Tabela 3: Tabela 3. Probabilidade de formação tormentas com o Índice TT TT Atividade convectiva < 44 Potencial fraco 44 até 50 Tormentas moderadas 50 até 55 Tormentas fortes > 55 Tormentas muito fortes 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na apresentação dos resultados foi dado um enfoque especial aos dias para os quais havia simultaneamente dados de ar superior e imagens obtidas do satélite GOES-10. Esse período é constituído pelos seguintes dias: 17, 18, 19 e 20 de novembro. A partir dos valores obtidos para os índices de instabilidade (Tabela 4), verifica-se de maneira geral os valores de IK e IS foram indicativos da presença de Cumulonimbus (Cb) e possibilidade de ocorrência de tempestades. Os valores de TT indicam a existência de uma atmosfera favorável ao desenvolvimento de convecção com intensidade entre moderada e forte com exceção dos dias 18, 19 e 20 de novembro, para o horário das 00 UTC, característica associada ao valor de TT < 44 que é indicativo de potencial fraco para convecção, situação validada pelo baixo valor de IK (30,5 e 25,3) representativo de um ambiente propício a ocorrência de Cb s e muito, para os dias 18 e 20/11, respectivamente. Observou-se ainda que para o dia 18/11 as 12 UTC, todos os índices utilizados no estudo indicam uma atmosfera favorável ao desenvolvimento convectivo. Os valores de IK e IS (36,5 e - 4,0) indicam Cb s numerosos e tempestade severa, respectivamente. Temos ainda ambiente propício a formação de tormentas fortes segundo o índice TT. As características da estrutura termodinâmica e dinâmica da atmosfera foram inferidas dos perfis das temperaturas potencial θ, potencial equivalente θe e potencial equivalente de saturação θes em conjunto com os perfis verticais das componentes zonal e meridional do vento. As sondagens disponíveis para análise foram efetuadas em torno das 00 e 12 UTC. Foi analisado apenas o dia e horário em que o ambiente era mais favorável ao desenvolvimento convectivo.

4 Figura 1. Seqüência de imagens de satélite mostrando a evolução dos sistemas meteorológicos que se deslocaram sobre o Estado do Rio Grande do Sul, no dia 17/11 as 12:00 UTC (A), dia 18/11 as 00:00 UTC (B), dia 18/11 as 12:00 UTC (C), dia 19/11 as 00:00 UTC (D), dia 19/11 as 12:00 UTC (E) e 20/11/09 as 00:00 UTC (F). Tabela 4. Valores e condições associadas aos índices de estabilidade da atmosfera Índice K Índice de Showalter (IS) Índice Total-Totals (TT) Dia e horário Condições Condições Atividade da sondagem Valor Valor Valor esperadas esperadas convectiva 17/11 às 12 UTC 14,3 - -1,0 Tormentas 47,8 esparsas moderadas 18/11 às 00 UTC 30,5 Cb s 2,8 isoladas 43,0 Potencial fraco 18/11 às 12 UTC 36,5 Cb s -4,0 numerosos severas 53,0 Tormentas fortes 19/11 às 00 UTC 17,7-4,2 Estabilidade absoluta 41,0 Potencial fraco 19/11 às 12 UTC 26,5 Cb s muito Tormentas -0,5 46,4 esparsas moderadas 20/11 às 00 UTC 25,3 Cb s muito Estabilidade 6,6 absoluta 38,0 Potencial fraco A (Figura 2A) apresenta os perfis verticais de θ, θe e θes, obtidos através de sondagens realizadas em Porto Alegre - RS no dia 18 de novembro de 2009 às 12:00 UTC, observa-se que a Para esse dia a atmosfera é convectivamente instável ( өe/ Z >0) acima de 900 hpa. Por outro lado, o perfil de θes mostra uma atmosfera condicionalmente instável ( өes/ Z >0) entre a superfície e o nível de aproximadamente 850hPa. Em torno do nível de 550 hpa, observa-se uma camada de inversão de subsidência caracterizada pelo afastamento entre as curvas de θe e θes, entretanto abaixo da inversão tem-se um alto teor de umidade caracterizado pela aproximação entre as curvas de θe e θes. Nota-se também variações significativas na direção e intensidade do vento com a altura (cisalhamento vertical) (Figura 2B) na camada entre a superficie e o nível de 900 hpa. Verifica-se que acima desse nível a componente meridional do vento aumenta a intensidade com a altura.

5 A Porto Alegre 18 de Novembro de :00 UTC Ө Өe Өes Temperatura Potencial (ºK) Pressão (hpa) B. Porto Alegre 18 de Novembro de :00 UTC u (m/s) v (m/s) Intensidade do Vento (m/s) Figura 2. Perfis verticais de θ, θe e θes (A), e das componentes zonal (u) e meridional (v) do vento (m/s) (B), obtidos através de sondagens realizadas em Porto Alegre - RS no dia 18 de novembro de 2009 às 12:00 UTC. 4. CONCLUSÕES Os índices de estabilidade de um modo geral indicaram a possibilidade da ocorrência de tromentas, os valores de TT indicam a existência de uma atmosfera favorável ao desenvolvimento de convecção com intensidade entre moderada e forte no dia 18 de novembro de 2009 às 12:00 UTC, observa-se que a para esse dia a atmosfera é convectivamente instável ( өe/ Z >0) acima de 900 hpa. AGRADECIMENTOS: Os autores gostariam de agradecer ao CNPq, pela concessão de bolsas de Doutorado e de Iniciação Cientifica para o primeiro e terceiro autores, respectivamente. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENETI, A. A. C., SILVA, F. A. M. Análise da performance dos índices de instabilidade como previsores de tempestades na região de São Paulo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 4, Brasília. P BOLTON, D. The computation of equivalent potential temperature. Mon. Wea. Rev. v. 108, p , CARDOSO, N. K. R. ; DINIZ, GILBERTO B.; MARQUES, JÚLIO R.; PRESTES, SOLISMAR D. Relações entre índices de instabilidade e as chuvas em Porto Alegre-RS. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 14, Florianópolis. DSA - Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais (CPTEC/INPE). Disponível em: < Acesso em: mar KIM, I. S. Análise da Variabilidade e Variação dos Índices de El Niño/Oscilação Sul, e as Chuvas do Estado do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. In: X Congresso Brasileiro VIII Congresso FLISMET, Brasília- DF, 10,1998. (cd rom) Universidade do Wyoming. Disponível em: < >. Acesso em: mar Pressão (hpa)