SISTEMA AUTOMATIZADO DE IDENTIFICAÇÃO E PREVISÃO DE FRENTES FRIAS

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1 SISTEMA AUTOMATIZADO DE IDENTIFICAÇÃO E PREVISÃO DE FRENTES FRIAS Ana Paula Gonçalves Ana_rockk@hotmail.com Jhonatas da Silveira jhonatassilveira@hotmail.com Mariane Martins marianeh@hotmail.com Wagner Vitorino gaguy-tma@hotmail.com Alunos do Curso Técnico de Meteorologia do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Avenida Mauro Ramos, n0 950, Centro, Florianópolis-SC, CEP: Resumo: Uma frente fria ocorre quando o ar frio, mais pesado e também mais denso, empurra o ar mais quente, e mais leve, para a frente. Para a identificação e previsão desta, utilizou-se neste estudo o modelo de previsão numérica de tempo. Tendo como critérios de análise algumas condições meteorológicas de variáveis, como a rotação do vento, de norte para sul, permanecendo este ultimo pelo menos um dia, queda de temperatura no momento da mudança da direção do vento ou até dois dias depois. A partir das informações geradas sobre frentes frias com o auxilio dos modelos, Global CPTEC e Regional Eta20, e de um script, feito para pegar os dados para assim com o auxilio da ferramenta GRADS identificar e prever frentes frias. Com isso foi feito então a elaboração de meteogramas, referentes a cidades do estado de Santa Catarina, e produtos gráficos meteorológicos tanto para análise quanto para previsão. Palavras-chaves: Frente fria, Modelo de Previsão Numérica de Tempo. Abstract: A cold front occurs when cold air, also heavier and denser, pushes the warmer air and more light forward. For the identification and prediction of this was used in this study the model of numerical weather prediction. Taking as criteria for analyzing some weather variables such as wind rotation from north to south, leaving the latter at least one day, the temperature drop when the change of wind direction or even two days later. From the information generated about cold fronts with the help of models, Global and Regional Eta20 CPTEC, and a script, made to take the data to so with the help of the tool GRADS identify and predict cold fronts. This was done so with the development of meteograms, referring to towns in the state of Santa Catarina, both meteorological and graphics products for analysis and for forecasting. Key-words: Cold Front, Model for Numerical Weather Prediction

2 Introdução Sistemas frontais ocorrem com frequência no sul do Brasil causando mudanças das condições do tempo. Em geral, essas mudanças estão associadas à intensificação, passagem ou formação de frentes frias, esta que é o encontro de duas massas de ar, frio e quente, onde o ar frio denso e mais pesado, empurra o ar quente para cima e para frente, fazendo-o se retirar da área, tanto por elevação quanto por advecção (Mendonça; Danni-Oliveira, 2007). A frente fria está ligada a algumas características como aumento de pressão, uma brusca queda na temperatura, aumento na força do vento, variação na sua direção. Características estas que RODRIGUES (2003) coloca como critérios de passagem de uma frente fria. De acordo com Rodrigues (2004) a ocorrência de frentes frias no estado de Santa Catarina é comum o ano inteiro. Há em torno de três a quatro frentes frias no decorrer de cada mês podendo ter um leve aumento nos meses de primavera. A utilização de produtos gráficos meteorológicos (mapas e meteogramas), através do modelo de previsão numérica (PNT) CPTEC e Eta20, é uma forma de auxiliar na análise de FF. Sendo o PNT um modelo computacional desenvolvido para simular o comportamento da atmosfera usando um sistema complexo de equações matemáticas que são baseadas em leis físicas de modo a prever estados futuros da atmosfera partindo de condições iniciais específicas (CPTEC/INPE). Assim, este estudo tem como principal objetivo aprimorar o Script de trabalhos realizados por RAMOS et al (2007) e FORNEROLLI et al (2010) e a partir destes trabalhos fazer além da identificação de Frentes Frias, realizar, através dos dados que o script capturou, a previsão destas frentes através das saídas dos modelos do CPTEC e Eta20. E com a captura desses dados, elaborar meteogramas, sendo escolhidas cidades de diferentes regiões do estado de Santa Catarina para a comparação do desenvolvimento da frente. E assim transmitir através de uma página WEB as informações a respeito de todo trabalho realizado, e dados sobe FF disponíveis a todos os interessados. Dados e Metodologia Dados Foram usados neste estudo dados do CPTEC, imagens de satélite, modelos, relacionados à pressão ao nível do mar, vento e temperatura do ar em superfície, tendo como foco a região sul do Brasil. Foram utilizados dados dos modelos de previsão numérica do tipo Global do CPTEC, com resolução do tipo T126L28 com 100x100 Km, e o modelo Eta20 que tem como sua resolução 20 Km de grade. Na estação convencional do IFSC também foram retirados dados. Métodos O estado de Santa Catarina apresenta ocorrência de frentes frias o ano inteiro por isso é valido e necessário o estudo deste sistema meteorológico na região sul do Brasil. Para o estudo destas frentes (identificação e previsão) utilizou-se a metodologia de RODRIGUES (2003) onde foi colocado como critério de passagem de frente fria:

3 O giro do vento do quadrante norte para o sul; Persistência do vento sul em um dia ao menos; Queda na temperatura do ar com o giro do vento ou até dois dias depois, pelo menos de 0,5 C O script de RAMOS et al (2007) que foi aprimorado por FORNEROLLI et al (2010) foi outro método utilizado para trabalhar na identificação e previsão de frentes frias. Sendo este script, auxiliado pela ferramenta GRADS, (que gera figuras com base na saída de dados dos modelos PNT de análise e previsão) novamente aprimorado, neste estudo, para além de analisar a passagem das frentes frias, realizar a previsão destas. Manteve-se a variável criada por Fornerolli et al (2010), COFI (Cold Front Index), a qual refere-se ao índice de frente fria definido por critérios acima. Com isso, foi gerado mapas para assim identificar a passagem de uma frente fria. O script captura os dados referentes aos critérios de passagem de frentes frias através dos modelos e em seguida é colocado esses dados na ferramenta GrADS possibilitando assim, a visualização, em forma de mapas (figuras) das informações que o script obteve. Além dos mapas, o meteograma foi outro produto gráfico criado para fazer uma comparação das frentes frias em diferentes cidades. Sendo estas: Florianópolis, Lages e Chapecó. A escolha dessas cidades possibilitou abranger uma área em que pudesse acompanhar a passagem por completo de uma FF. Após essas atividades foi montado um banco de dados permitindo colocar neste, todas as informações adquiridas a partir do trabalho, como as figuras que serão geradas todos os dias pelos scripts com a ajuda da ferramenta de visualização, GrADS. Em seguida ao banco de dados foi elaborada uma página WEB deixando então, disponíveis todas as informações contidas no banco de dados, como também um texto com uma breve explicação do que está mostrando as figuras, para que todos os interessados possam entender o que mostra em cada imagem de análise e previsão, e também nos meteogramas. Estudo de Caso Para verificar se o script aprimorado está capturando informações de acordo com os modelos analisados foi realizado um estudo de caso. Neste estudo de caso escolheram-se algumas datas onde houve a ocorrência de frentes frias no sul do Brasil em especial no estado de Santa Catarina. Foi analisada em Santa Catarina no dia 18 de novembro com o modelo eta20 e Global, mostrando a passagem da frente fria, definida pela variável COFI como mostra na figura 1 do meteograma gerado pelo script no GrADS.

4 Figura 2 Imagem de satélite (IR) do dia 18/11/2010 as 12 UTC. Figura 1 Meteograma de Florianópolis/eta20 para o dia 18/11/2010 O índice aparece no dia 18 de novembro as 06 UTC, e também mostra que houve variação do vento para sul no mesmo dia. Este índice contém uma escala que vai de zero a quinze sendo o intervalo de três em três. Comparando a imagem de satélite desse dia, podemos observar que há alguma nebulosidade sobre a área de Santa Catarina. Já a carta da Marinha traça um área de baixa pressão na região onde se encontra o estado de Santa Catarina como pode-se verificar abaixo: Figura 3 Carta sinótica da Marinha 18/11/2010 as 12 UTC.

5 Figura 4 Imagem da saída do modelo eta20 para o dia 18/11/2010 as 06 UTC. Nota-se que nem sempre a nebulosidade encontrada na área onde há mudança de temperatura e vento para se definir como uma frente fria. Comparando também com um meteograma disponibilizado pelo site do Instituto Federal de Santa Catarina como mostra da figura 4, podemos ver que entre o dia 17 e 18 do mês de novembro, houve os critérios de uma passagem de frente fria sobre Florianópolis, que foi uma queda da temperatura de aproximadamente 2 graus Celsius, o vento teve a mudança de norte para sudeste e houve a permanência do mesmo durante dois dias, ficando até o dia 19 de novembro no quadrante sul. Figura 5 Meteograma IFSC/Florianópolis para o dia 17/11/2010. Analisando as saídas de modelos do CPTEC com o Eta20, percebe-se que as imagens geradas pelo script do CPTEC não mostra o índice COFI para as cidades, principalmente para Florianópolis (região onde este estudo utiliza para mostrar os resultados adquiridos através do script), como mostra nas figuras do eta20. Essa saída do CPTEC, apenas mostra um índice muito baixo, sendo ele aproximadamente de 0,1. A diferença entre os dois modelos pode ser em função da resolução de cada um, sendo como já citado no estudo, o eta20 tem como resolução 20 x 20 Km sendo ele regional, possibilitando uma melhor visualização da área do estudo. É necessário lembrar que apesar das diferenças o índice COFI do modelo CPTEC possui outra escala, diferente do Eta20, que vai de zero a um virgula cinco. Este meteograma registrou um pouco de índice as 00Z antecipando assim a frente como pode ser verificado na figura 6 e 7:

6 modelo Eta20 e CPTEC, geram boas análises e previsões, sendo que a do Eta20 teria uma maior precisão e confiabilidade dos dados, que em comparação com os outros métodos de análise de passagem de uma frente fria, os dados condizem com o que mostra no índice COFI mostrado nas figuras geradas. Resultados Figura 6 Meteograma de Florianópolis/CPTEC para o dia 18/11/2010. Através do estudo realizado foi desenvolvido um sistema automatizado para identificação e previsão de frente fria. Após gerar as imagens com o auxilio do script e por meio da ferramenta GrADS, realizou-se a comparação com imagens de satélite do canal infravermelho do Goes e noto-se que as variáveis meteorológicas que identificam a passagem de uma frente, estavam localizadas na mesma área onde se encontrava a instabilidade nas imagens do CPTEC, ou próximas a ela. Esse estudo possibilitou aprimorar o script de trabalhos anteriores e trazer além de imagens de identificação e de previsão de frentes, um sistema automatizado destas para que os interessados nesta área tenham mais uma ferramenta que os auxiliem nos estudos meteorológicos. Sugestão Figura 7 Imagem da saída de modelo do CPTEC para o dia 18 as 00Z. Analisando então, os dois modelos em estudo, vemos que o Nosso estudo foi baseado em Ramos et al (2007), Fornerolli et al (2010) e critérios de identificação de RODRIGUES (2003), já citados durante o trabalho. Para que se faça uma comparação e para obter melhores resultados, sugere-se que se utilizem os critérios definidos por CAVALCANTE (2009), que coloca

7 como critérios: uma diminuição da temperatura em 925 hpa de, pelo menos, 2ºC; um aumento da PNM de, pelo menos, 2 hpa; e existência de ventos de sul de, pelo menos, 2 m s - ¹. Referência FERREIRA, Artur Gonçalves. Meteorologia Prática. Oficina de Textos, FORNEROLLI, Bárbara Gonçalves;CUNHA Carolina Andrioni da; AGUIAR, Mariana de Souza; PEREIRA, Pedro Kowalski. Sistema Objetivo de Identificação de Frente Fria e Comparação entre Modelos. Artigo do projeto integrador, Modulo 3, Curso Técnico de Meteorologia, IFSC, MENDONÇA, Francisco; DANNI- OLIVEIRA, Inês Moresco. Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. São Paulo: Oficina de Textos, RAMOS Andréa Domingues; MACEDO, Maycon; NUNES, Leandro. Aplicação de um índice para a identificação da passagem de frentes frias em Santa Catarina. Artigo do projeto integrados, Módulo 3, Curso Técnico de Meteorologia, IFSC, RODRIGUES, Maria Laura Guimarães. Uma climatologia de frentes frias no litoral catarinense com dados de reanálise do NCEP. UFSC, VIANELLO, Rubens Leite. Meteorologia Básica e Aplicações. Viçosa: UFV, 2000