Estudo de casos de vórtices ciclônicos de mesoescala associados com a ZCAS

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1 Estudo de casos de vórtices ciclônicos de mesoescala associados com a ZCAS Anne Elise Nascimento anne_aen@hotmail.com Diogo Ricardo Roesner ddrdiogo@hotmail.com Rodrigo Farias conta.rodrigofa@yahoo.com.br Samira Rayra Kuball samy_rk@msn.com Curso Técnico de Meteorologia Instituto Federal de Santa Catarina Av. Mauro Ramos, 755 Florianópolis - Centro - Santa Catarina Resumo: O artigo desenvolvido trata-se de um estudo de caso referente a intensa precipitação ocorrida em Janeiro de 2011 nas cidades de Teresópolis e Nova Friburgo, no estado do Rio de Janeiro. Essa intensa precipitação teve forte influência da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) que estava atuando, e além disso estaria supostamente associada a presença de um Vórtice Ciclônico de Mesoescala localizado nessa região durante esse período. Devido a intensa quantidade de chuva acumulada, ocorreram vários deslizamentos na região serrana do Rio de Janeiro, causando forte impactos sócio-econômicos. Palavras-chave: Vórtice Ciclônicos de Mesoescala, ZCAS, precipitação. Abstract: The article describes the extreme event of heavy rainfall on January 12, 2011, which induced the detachment of landslides in the mountainous region of Rio de Janeiro state, causing a strong socio-economic impacts specially in the cities of Nova Friburgo and Teresópolis. This intense precipitation had a strong influence of the South Atlantic Convergence Zone (SACZ), which was acting, and moreover is associated with the presence of a Mesoscale Cyclonic Vortex located in this region during this period.

2 1. Introdução Durante os meses de verão austral a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) tem uma forte influência principalmente sobre as Regiões Norte e Sudeste do Brasil, causando aumento da precipitação nessas regiões e provocando graves danos sócio-econômicos nas áreas atingidas (Satyamurty et. al, 2001). No entanto, a precipitação desse sistema não é regularmente distribuída ao longo da banda de nebulosidade. Esse fato pode ocorrer por diversos fatores, como efeitos topográficos, aquecimento diferencial, entre outros. A ZCAS é definida como uma persistente faixa de nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste, bem caracterizada nos meses de verão do Hemisfério Sul, que se estende desede o sul da Amazônia ao Atlântico Sul por alguns milhares de quilômetros. Segundo Kodama (1992), através de um estudo observacional realizado, pode-se observar diversas características comuns entre a ZCAS, a Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS) e a Zona Frontal de Baiu (BFZ), chamadas de uma forma geral de Zonas de Convergência Subtropicais. Uma das características em comum entre essas zonas, é que estas se estendem para leste nos sub-trópicos a partir de regiões tropicais específicas de intensa atividade convectiva e formam-se ao longo de jatos subtropicais em altos níveis e a leste de cavados semi-estacionários. Essas zonas de convergência atuam em uma camada inferior úmida, espessa e também baroclínicas, em regiões de forte gradiente de umidade em baixos níveis, com geração de instabilidade convectiva por processo de advecção diferencial. Sobre a região tropical da América do Sul, a ZCAS está relacionada com outros sistemas de verão como a Alta da Bolívia (AB) e os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCANs). Os VCANs são sistemas de baixa pressão em grande escala, formados na alta troposfera, normalmente acima de 9000 metros (300 hpa), cuja circulação ciclônica fechada apresenta o centro mais frio do que a sua periferia, sendo mais frequente dois tipos. Os VCANs do tipo Palmén (também são conhecidos como vórtices desprendidos) originam-se nas latitudes subtropicais e desenvolvem-se em geral no oceano Pacífico Sul. Ao cruzar os Andes, podem atingir o Paraguai, Uruguai, Argentina e Sul do Brasil. Os VCANs do tipo Palmer se formam nas latitudes tropicais durante a primavera, verão e outono, atuando em geral nos trópicos (Palmer, 1951). No Brasil, atuam no nordeste. Estes sistemas formam-se devido à intensificação simultânea da crista associada à Alta da Bolívia e o cavado corrente abaixo sobre o Oceano Atlântico (Kousky e Gan, 1981). Os vórtices ciclônicos de altos níveis de escala sinótica provocam alterações no tempo, e dependendo de sua intensidade, causam sérios problemas locais e regionais.

3 Recentemente, Quadro (2012) analisou a relação da ZCAS com vórtices ciclônicos de mesoescala (VCMs) que se formam embebidos na Zona de Convergência. Apesar de inúmeros casos de VCMS analisados que se formam nos EUA associados a sistemas convectivos, estes vórtices são pouco estudados no Brasil. Em função disso, Quadro (2012) mostra a importância da atuação deste sistema de mesoescala, que se origina na região estratiforme da ZCAS e é responsável por intensos índices pluviométricos nas áreas onde atua. Nos episódios analisados, os mesovórtices apresentam características marcantes, como ciclo de vida inferior a 24 horas, escala espacial de aproximadamente 200 x 200 km 2, intensa precipitação, deslocamento no mesmo sentido do escoamento na baixa troposfera, é da mesma ordem de magnitude de(10-4 s -1 ), núcleo quente acima do nível de máxima intensidade e um rápido crescimento do centro de vorticidade ciclônica principalmente nos baixos níveis. Essa pesquisa tem por objetivo verificar a relação entre as ZCAS e os VCMs através da análise de precipitação nas regiões atingidas por estes mesovórtices. Especificamente, objetiva-se aplicar um método cuja função é detectar esses vórtices de mesoescala, através do uso de reanálises de alta resolução espacial e temporal. Em sequência, o trabalho analisa o comportamento dos vórtices embebidos ou não na região das ZCAS e avalia os impactos sociais e econômicos da atuação conjunta desses sistemas nas regiões atingidas. 2. Dados e Metodologia Com o objetivo de analisar um caso de formação do VCM associado a ZCAS na madrugada do dia 12 de janeiro de 2011 na região Serrana do Estado do Rio de Janeiro, é inicialmente realizada uma análise da condição sinótica predominante na região através de imagens de satélite meteorológico no canal infravermelho e dados meteorológicos fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Com base nos dados da reanálise do Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) fornecidos pelo NCEP (National Center for Envronmental Prediction) (Saha et al., 2006), é aplicada a metodologia de detecção destes mesovórtices desenvolvida no trabalho de Quadro (2012), que detecta: (i) regiões com mínimo de vorticidade relativa (ξ) em determinado nível de pressão na região da banda de nebulosidade associada à ZCAS; (ii) circulação do vento no sentido horário em torno do ponto central de mínimo de ξ e (iii) presença de nebulosidade na região de formação do vórtice. Ressalta-se que esta reanálise possui uma alta resolução espacial (0.5º de latitude/longitude). Posteriormente, é realizada a análise dos padrões dinâmicos e termodinâmicos, em termos de localização e profundidade do sistema, associados à configuração do vórtice na região da ZCAS. Para tal, são utilizados dados de precipitação total e convectiva, topografia,

4 vorticidade relativa, nebulosidade, fluxos de calor latente e sensível na superfície, radiação de onda longa emergente no topo da atmosfera e energia potencial convectiva disponível da reanálise CFSR. 3. Resultados Na madrugada do dia 12 de janeiro de 2011 uma precipitação volumosa causou muitos transtornos na região serrana do Rio de Janeiro. De acordo com o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), entre 8 horas (horário de Brasília) do dia 11 de Janeiro e 8 horas do dia 12 de Janeiro choveu aproximadamente 201 mm em Nova Friburgo. Vale ressaltar que para o período de 24h esse índice de precipitação é bastante elevado, pois a climatologia mensal para esta região fica em torno de 260 e 300 mm. Esse índice causou a saturação do solo provocando inundação e muitos deslizamentos, levando a óbito 247 pessoas em Nova Friburgo e 238 em Teresópolis. A figura 1 mostra as imagens realçadas do satélite GOES-12 para a noite do dia 11 e a madrugada do dia 12 de janeiro de As imagens mostram que a zona de nebulosidade associada à ZCAS estendeu-se desde a região Norte, passando pela região Sudeste e alcançando o oceano na altura do litoral do Rio de Janeiro. É possível observar que sobre o Rio de Janeiro á vários Núcleos Convectivos que provocaram chuva na região serrana. (a) (b) Figura 1: Imagem do satélite GOES-12 no canal IR para 23:30UTC de 11/01/2001 (a) e 05:00UTC de 12/01/2011 (b).

5 O gráfico de precipitação horária nas cidades de Nova Friburgo e Teresópolis é apresentado na figura 2. Uma característica marcante deste gráfico é a presença de precipitação contínua nas duas cidades desde o início do dia 11 até à tarde do dia 12 de janeiro. Este fato pode ter contribuído com a saturação do solo e os consequentes deslizamentos na região. Os maiores índices pluviométricos foram registrados no período da madrugada do dia 12. Às 5 horas (horário local) forma registrados os maiores acumulados de precipitação em Nova Friburgo, com mais de 60mm, seguido de Teresópolis, onde a precipitação se manteve abaixo de 20mm. Em relação à comparação de velocidade do vento para as cidades estudadas, em Nova Friburgo a velocidade do vento chegou a 5,5m/s e em Teresópolis 3,0m/s (Figura 3). Associando o gráfico de precipitação e vento é possível observar que os máximos ocorreram no mesmo horário, por volta de 04h30min da madrugada, associados a presença dos núcleos convectivos embebidos na ZCAS sobre aquela região. Figura 2: Gráfico de precipitação acumulada (mm/h) nos dias 11 e 12 de Janeiro de 2011 nas cidades de Teresópolis/RJ e Nova Friburgo/RJ. FONTE: INMET

6 Figura 3: Gráfico da velocidade do vento (m/s) em Teresópolis/RJ e Nova Friburgo/RJ nos dias 11 e 12 de Janeiro de FONTE: INMET Na Figura 4 é possível observar um maior índice de precipitação associado a um VCM no litoral norte do Rio de Janeiro aproximadamente em 22 S e 41 W, próximo a Teresópolis e Nova Friburgo. O vórtice localizado do litoral do Rio de Janeiro formou-se associados aos sistemas convectivos atuantes nesta região fortalecendo assim os índices pluviométricos. Na madrugada do dia 12 (Figura 5), o vórtice fechado deslocou-se para norte, e os maiores índices de precipitação indicados pela reanálise CFSR do NCEP localizaram-se na divisa dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo. A análise destas figuras mostra que a reanálise desloca estes máximos pluviométricos para norte da região serrana do Rio de Janeiro.

7 Figura 4: Precipitação (mm/h), linhas de corrente e topografia (m) para o dia 12 de Janeiro 00Z. Círculos azul e vermelho representam a localização das cidades de Teresópolis e Nova Friburgo, respectivamente. Figura 5: Precipitação (mm/h), linhas de corrente e topografia (m) para o dia 12 de Janeiro 06Z. Círculos azul e vermelho representam a localização das cidades de Teresópolis e Nova Friburgo, respectivamente.

8 4. Considerações Finais Durante os períodos de chuvas intensas nas localidades de Friburgo e Teresópolis pode-se perceber a atuação de um vórtice localizado a norte da região serrana onde ocorreu a tragédia na madrugada do dia 12 de janeiro de Os resultados mostram que o VCM atuo durante o período onde as chuvas estiveram mais acentuadas. No entanto, a reanálise CFSR do NCEP mostra a precipitação associada ao sistema deslocada para nordeste das áreas atingidas. Com relação aos impactos sociais, o estudo conclui que a precipitação acumulada durante os últimos meses associados com altos níveis de precipitação em 24 horas, formaram as condições relevantes para milhares de deslizamentos de terra. Referências Bibliográficas KODAMA, Y-M., 1992: Large-scale common features of sub-tropical precipitation zones (the Baiu Frontal Zone, the SPCZ, and the SACZ). Part I: characteristics of subtropical frontal zones. J. Meteor. Soc. Japan, 70, KOUSKY V.E.; GAN, M.A. Upper troposheric ciclonic vortices the tropical South Atlantic. Tellus, 33(6):538551, PALMER, C. E. On high-level cyclones originating in the tropics. Transactions of American Geophysical Union. Vol. 32. N 5. p QUADRO, M.F.L. Estudo de Vórtices Ciclônicos de Mesoescala associados a Zona de Convergência do Atlântico Sul. Tese de Doutorado em Meteorologia. Universidade de São Paulo, SAHA S., NADIGA S.,THIAW C.,WANG J.,WANG W.,ZHANG Q.,VAN DEN DOOL H. M.,PAN H.-L.,MOORTHI S.,BEHRINGER D.,STOKES D.,PENA M.,LORD S.,WHITE G.,EBISUZAKI W.,PENG P.,XIE P.: The NCEP Climate Forecast System. Journal of Climate, Vol. 19, No. 15, pages , SATYAMURTY, P.; NOBRE, C. e SILVA DIAS, P.L. South América - Meteorological Monographs, , SANCHES, M. B. Análise sinótica da zona de convergência do Atlântico Sul (ZCAS) utilizando-se a técnica de composição p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos

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