XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 EVENTOS METEOROLÓGICOS EXTREMOS EM RIO GRANDE NO PERIODO DE 11 A 2 Carlos Luciano Teixeira da Silveira Departamento de Geociências Fundação Universidade Federal do Rio Grande Caixa Postal Rio Grande RS lucianogv@vetorialnet.com.br Nisia Krusche Departamento de Geociências Fundação Universidade Federal do Rio Grande Caixa Postal Rio Grande RS dgenisia@furg.br ABSTRACT Southern Brazil is a region subject to mid-latitude meteorological hazards. A classification of extreme events was elaborate using extreme pressure variations, since they are associated to known weather systems. In Rio Grande, RS, these variations occurred in 7 days, in the period from 1 to 2. It was established that intense pressure drops are related to rainfall, while extreme pressure rises are associated to intense winds, to the passage of frontal systems, or to a combination of both situations. Further investigation is necessary to verify if pressure variations actually account for all extreme events or meteorological hazards in this region. INTRODUÇÃO Eventos meteorológicos extremos estão associados a um grande impacto sobre a população local. Dois casos de eventos extremos, já estudados pelos pesquisadores do Laboratório de Meteorologia do Departamento de Geociências da Fundação Universidade de Rio Grande, estão associados a precipitação e ventos intensos região sul do estado do Rio Grande do Sul. O primeiro ocorreu no inverno de 15, quando um bloqueio atmosférico que ocorreu no estado gerou intensa precipitação nesta região (Oliveira e Saraiva,...). Recentemente, em outubro de 21, um ciclone extratropical causou ventos de grande intensidade, associados a baixa precipitação (Saraiva, 21). Estes eventos extremos estão associados a fenômenos de latitudes médias (bloqueios, ciclones extratropicais), diferenciados dos que ocorrem no restante do país. Estes eventos têm conseqüências sobre a população local, porque o município de Rio Grande apresenta uma economia na qual as atividades pesqueiras e agropecuárias são importantes. Estas atividades são fortemente influenciados pelos sistemas meteorológicos e climáticos que atuam na região, tanto pelas variações sazonais quanto pela distribuição de chuvas e ventos. Devido sua localização, no estuário da Laguna dos Patos e próximo com mar, a cidade de Rio Grande é afetada pela continentalidade e tem, por conseqüência, variações de temperatura menos amplas, alta umidade relativa e presença do sistema de brisas marítimas e terrestres. Além destas influências locais, o município também é afetado pelos sistemas meteorológicos, como anticiclones e ciclones móveis de latitudes médias e o anticiclone semi-fixo do Atlântico Sul, e climáticos, como o fenômeno El Niño-Oscilação Sul (ENOS), que atuam sobre todo o sul do país. Estudos realizados por Brito e Krusche (1) mostraram que a média das frentes frias em Rio Grande nos a- nos de 1 e 15 era de 1 frentes por estação. Brito (2) em seu estudo da precipitação associada aos sistemas frontais na cidade de Rio Grande, na estação de inverno, no período 1 a 1, verificou que a precipitação nesta estação do ano é basicamente de origem frontal. Braga e Krusche (2) determinaram o padrão de ventos em Rio Grande, no período de 12 a 15. Concluíram que os ventos de sul, de sudoeste e de oeste, que são associados a passagem de sistemas frontais, são os que apresentam valores mais altos, acima de m/s. As variações extremas para as séries de dados meteorológicos de Rio Grande foram avaliadas como parte do procedimento de controle de qualidade dos dados, quando do estudo que calculou as normais climatológicas provisórias (Reboita, 21). Verificou-se que estas séries correspondem ao esperado por séries normais, com cerca de,1% dos calores excedendo o limite proposto. A motivação adicional para realizar esta pesquisa, além dos aspectos supra mencionados, é que não existem estudos sistemáticos sobre eventos extremos nesta região, suas conseqüências locais na precipitação e intensidade do vento. 72

2 Pretende-se compor uma classificação de eventos extremos, identificados nas séries de pressão atmosférica. Esta variável foi selecionada porque variações de pressão estão associadas a variações da velocidade de vento, precipitação e temperatura, quando da passagem de sistemas frontais, ou, pelo menos, de precipitação, no caso de chuva convectiva no verão. Adicionalmente, esta variável tem distribuição de freqüência caracteristicamente normal e, portanto, é bastante adequada à aplicação da metodologia de avaliação de eventos extremos. METODOLOGIA Os dados usados neste estudo foram medidos na Estação Meteorológica nº 5, operada pela Fundação Universidade Federal do Rio Grande, em convênio com o Instituto Nacional de Meteorologia. A estação está localizada na latitude 2º S e na longitude 52º1 W, na cidade de Rio Grande. Os dados são medidos pelos observadores às :, : e : TMG (Tempo Médio de Greenwich) que correspondem às :, : e 21: h (hora local), sendo armazenados no banco de dados meteorológicos da universidade, desde 1. Reboita (21), no processo de determinação das normais climatológicas provisórias de Rio Grande, de 11 a 2, descreve o processo de controle de qualidade que devem ser submetidas as séries temporais de variáveis meteorológicas, após a eliminação dos erros grosseiros, que são, usualmente, erros de digitação dos dados. Este processo inclui avaliação dos limites climatológicos, bem como dos valores extremos das séries. Os limites climatológicos são determinados, com base em Guide on the Global Processing System, citado por Sugahara (1), a partir da média e do desvio padrão da série, para cada variável. Eles indicam a probabilidade de ocorrência, para variáveis normais, de determinado valor a um nível de significância de 1%, no caso do limite climatológico um, e ao nível de significância de,1%, no caso do limite climatológico dois. Portanto, o número total de valores maiores que o limite climatológico um máximo ou menores que o limite climatológico um mínimo deve ser da ordem de 1% do número total de valores da série. Os limites climatológicos um são definidos como: max i = x +σ z i min i = x -σ z i (1) onde i=1,2, x é a média da série temporal para a variável em estudo, σ é o desvio-padrão e z 1 e z 2 são escores valendo 2,5 e,27, max 1 e max 2 são respectivamente os limite climatológicos máximo 1 e máximo 2 e min 1 e min 2 referem-se aos limites climatológicos mínimo 1 e mínimo 2. Conforme Sugahara (1), para uma variável normal, esses escores z 1 e z 2 correspondem a níveis de significância de.5 (1%) e.5 (,1%), ou seja, espera-se que os dados de uma série não ultrapassem os limites climatológicos mais do que o estabelecido pelos níveis de significância. As variações extremas representam as variações que ocorrem numa variável atmosférica no período de uma observação à outra. Podem ser utilizadas para detectar fenômenos raros, como, por exemplo, pressões atmosféricas muito elevadas, alta velocidade do vento, entre outros. As variações extremas também permitem verificar a consistência climatológica dos dados. Para calcular as variações extremas, compõe-se, para cada variável, uma nova série Y(t) a partir da série o- riginal de dados observados Z obs (t), pela subtração do dado medido no momento anterior, ou seja: Y(t) = Z obs (t+1) Z obs (t) (2) onde Z obs (t) é a observação no momento e Z obs (t+1) é a observação no momento posterior. Pode-se, então, aplicar novamente o teste dos limites climatológicos, onde utiliza-se agora a média x Y e o desvio-padrão σ Y da série Y(t) para definir os intervalos [min 1, max 1 ] e [min 2, max 2 ] como nas equações (1). Para elaborar a classificação dos eventos extremos, foram utilizados gráficos da variação temporal das medidas de pressão e de intensidade e direção da velocidade do vento, bem como das médias diárias de temperatura e dos totais diários de precipitação. A temperatura média diária T d é calculada por: T d = (T max + T min + T + 2 T )/5 () onde T max é a temperatura máxima, T min é a temperatura mínima, T é a temperatura do ar medida às : TMG e T é a temperatura do ar às : TMG. O total diário da precipitação p d é calculado: p d = p + p + p () onde p é a taxa de precipitação medida às : TMG do dia anterior, p é a taxa de precipitação das : TMG do dia anterior e p é a taxa de precipitação das : TMG do dia atual. RESULTADOS Analisaram-se três séries temporais de pressão atmosférica, correspondentes às medidas dos horários das, e TMG (Tempo Médio de Greenwich), no período de 1 º de janeiro de 1 a 1 de dezembro de 2. Para 7

3 uma destas seqüências de dados, foram calculadas as séries de valores extremos Y(t). Foram determinados os limites para estas novas séries e analisados os valores que os excedem. Verificou-se que, para as séries de valores extremos correspondentes aos três horários medidos, que totalizam 51 dados, destes excedem o limite máximo 1 (max 1 ), valores são menores que o limite mínimo 1 (min 1 ), 5 valores são maiores que o limite máximo 2 (max 2 ) e valores são inferiores ao limite mínimo 2 (min 2 ), ou seja, 2 (1,%) excedem o limite 1 e 7 (,%), o limite 2. Optou-se por analisar os valores que superam o limite 2, pois pretende-se analisar os eventos com grande impacto. Os valores maiores que o limite máximo 2 serão denominados doravante de eventos positivos e similarmente os valores menores que o limite mínimo 2 serão denominados eventos negativos. Para os 5 valores positivos, o critério, algumas vezes, foi satisfeito em mais de um horário de medida, ou seja, eles correspondiam ao mesmo evento, resultando em 27 eventos. Para os valores negativos, determinou-se que 2 valores correspondem ao mesmo evento, enquanto 2 valores correspondem um decréscimo acentuado que é seguido pelo aumento brusco, ou seja, são eventos que ocorrem tanto para o limite máximo quanto para o limite mínimo. Optou-se por analisar estes dois eventos na classe de variação positiva, resultando em valores negativos. Elaborou-se uma tabela com dados de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos de pressão. Com o objetivo de obter a classificação destes fenômenos, construiu-se então os gráficos pressão atmosférica destes cinco dias, para cada evento. Para auxiliar esta avaliação, construiu-se, também, gráficos de temperatura média diária, total diário de precipitação e dos valores medidos nos três horários da intensidade e direção do vento, para os mesmos dias. Foi realizada a seguinte classificação dos eventos extremos: I. Aumento Brusco de Pressão (vinte e sete eventos): 1. Ventos intensos (dezesseis eventos): verifica-se que a pressão atmosférica aumenta, a temperatura diminui, e intensidade da velocidade do vento aumenta e registra um pico e decresce (dezesseis). 2. Frente fria (quatro eventos): pressão aumenta, temperatura diminui e muda o a direção da velocidade do vento, pouca precipitação.. Ventos intensos e frentes (dois eventos): pressão atmosférica aumenta, temperatura diminui, velocidade e intensidade do vento aumenta e muda a direção do vento.. Frente fria e chuva (quatro eventos): pressão aumenta, temperatura diminui e ocorre precipitação,. 5. Evento sem classificação(um evento): pressão atmosférica decresce, a temperatura diminui um dia antes do evento de pressão dia e aumenta mantendo- se alta (um). II. Decréscimo Brusco de Pressão (oito eventos): 1. Precipitação intensa (dois): pressão atmosférica decresce, temperatura diminui, a direção e intensidade da velocidade do vento varia, total diário de precipitação de até mm. 2. Precipitação moderada(quatro): pressão diminui, temperatura aumenta, velocidade do vento diminui, precipitação em taxas usuais.. Pouca precipitação (dois): pressão decresce, pouca variação de temperatura, pouca precipitação. a) Eventos Extremos por classificação e estação do ano 1. Aumento brusco de pressão atmosférica Seis eventos no outono Oito eventos no inverno 1. Ventos intensos (dezesseis) Um evento na primavera Um evento no verão Dois eventos no outono Um evento no inverno 2. Frente fria (quatro) Um evento na primavera Um evento no outono. Ventos intensos e frentes (dois) Um evento na primavera. Frente fria e chuva (quatro) Um evento no outono Um evento no inverno 5. Sem classificação (um) Um evento no inverno 7

4 b) Eventos Extremos e estação do ano 2. Decréscimo brusco de pressão 1. Precipitação intensa (dois) Dois eventos no inverno Dois eventos no inverno 2. Precipitação moderada (quatro) Dois eventos na primavera. Pouca precipitação (dois) Um evento no inverno Um evento na primavera A tabela a referente aos eventos extremos positivos, b aos eventos extremos negativos já com suas classificações e distribuições destes eventos nas estações do ano. As figuras de 1 a apresentam exemplos representativos de cada uma destas classes. 1) a) b) Pressão Atmosférica (hpa) Temperatura ( C ) Tempo ( dias ) c) Precipitação (mm) Intensidade do vento (m/s) Direção do vento ( )

5 Figura 1. Para os eventos extremos positivos usou-se os seguintes gráficos a) pressão atmosférica de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos, com os três valores dos horários medidos TMG, TMG e TMG, estes horários de medidas observadas para todas as variáveis usadas ; b) média diária de temperatura, de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos. c) precipitação diária de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos com os três valores dos horários medidos. d) intensidade da velocidade do vento de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos, com os três valores dos horários medidos. e)direção do vento de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos, com os três valores dos horários medidos. Neste gráfico mostra um exemplo dos eventos extremos positivos classificado como Ventos intensos: pressão atmosférica aumenta, temperatura diminui, velocidade e intensidade do vento aumenta e muda a direção do vento. 2) a) b) Pressão (hpa) Temperatura ( C ) c) Tempo ( dias ) Precipitação (mm) Intensidade do vento (m/s) Direção do vento ( )

6 Figura 2. Segunda classificação dos eventos extremos positivos é frentes frias: pressão aumenta, temperatura diminui e muda o a direção da velocidade do vento, pouca precipitação. ) a) b) Pressão (hpa) Temperatura ( C ) Tempo ( dias ) c) 5 5 Precipitação ( mm ) Intensidade do Vento (m/s) Direção do vento ( ) Figura. Terceira classificação dos eventos extremos positivos é Ventos intensos e frentes: pressão atmosférica aumenta, temperatura diminui, velocidade e intensidade do vento aumenta e muda a direção do vento. 77

7 ) a) b) 12 Pressão (hpa) Temperatura ( C) Tempo (dias) c) Precipitação (mm) Intensidade do vento (m/s) Direção do vento ( ) Figura. Quarta classificação dos eventos extremos positivos é o de Frente fria e chuva: pressão aumenta, temperatura diminui e ocorre precipitação. 7

8 5) a) b) Pressão (hpa) Temperatura ( C ) Tempo ( dias ) c) Precipitação (mm) Intensidade do vento (m/s) Direção do vento ( ) Figura 5. Quinta classificação dos eventos extremos positivos é o de sem classificação: pressão atmosférica decresce, a temperatura diminui um dia antes do evento de pressão dia e aumenta mantendo-se alta. 7

9 ) a) b) Pressão Atmosférica ( hpa ) Precipitação ( mm ) Figura. Para os eventos extremos negativos usou-se os seguintes gráficos a) pressão atmosférica de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos extremos, com os três valores dos horários medidos TMG, TMG e TMG, b) precipitação diária de dois dias anteriores, do dia e dois dias posteriores aos eventos com os três valores dos horários medidos; Primeira classificação dos eventos extremos negativos é o de Precipitação intensa: pressão atmosférica decresce, temperatura diminui, a direção e intensidade da velocidade do vento varia, total diário de precipitação de até mm. 7) a) b) Pressão Atmosférica ( hpa ) Precipitação ( mm ) Figura 7. Segunda classificação dos eventos extremos negativos é o de Precipitação moderada: pressão diminui, temperatura aumenta, velocidade do vento diminui, precipitação em taxas usuais.

10 ) a) b) Pressão Atmosférica (hpa) Figura. Terceira classificação dos eventos extremos negativos é o de pouca precipitação: pressão decresce, pouca variação de temperatura, pouca precipitação. Precipitação ( mm ) CONCLUSÕES Foram detectados os eventos extremos das séries de pressão atmosférica, medidas em Rio Grande, no período de 1 a 2. Identificaram-se 27 eventos associados a um aumento extremo de pressão e eventos associados a um decréscimo acentuado de pressão, correspondendo a cerca de, % do total de dias de medidas. Estes eventos foram classificados com base na variação de temperatura, precipitação e intensidade e direção da velocidade do vento desde dois dias antes até dois dias após o dia do evento. Os eventos associados com aumento brusco de pressão podem ser divididos em cinco classes. O maior número de eventos encontra-se na classe de ventos intensos. Por outro lado, os eventos associados com decréscimo acentuado de pressão apresentam taxa de precipitação que varia de pouca a intensa. É nesta última classe que se enquadram à maioria dos casos. Deve-se, a seguir, avaliar a relação entre estes eventos extremos e aqueles detectados nas séries de outras variáveis meteorológicas, como de temperatura e de precipitação. Adicionalmente, deve-se explicar o impacto que estes eventos causaram sobre a economia local. REFERÊNCIAS BRITTO, F. e KRUSCHE, N., Freqüência e Intensidade das Frentes Frias. In: Congresso Brasileiro de Meteorologia,, Campos de Jordão, SP. Anais..., Campos de Jordão, SP. 1. WMO nº 1, 1. Guide to Climatological Practices, 2 ª Ed., Secretariat of the World Meteorological Organization, Geneva. BRITTO, F. P., Estudo da Precipitação associada aos sistemas frontais na cidade do Rio Grande na estação do inverno. Monografia de Conclusão de Curso de Geografia, Fundação Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, RS. 2. OLIVEIRA E SARAIVA, 2. REBOITA, M. e KRUSCHE, N. Normais Climatológicas Provisórias de Rio Grande no Período de 11 a 2. Monografia de Conclusão de Curso de Geografia, Fundação Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, RS. 21 SUGAHARA, S., Normais climatológicas das estações de superfície do Brasil, para o período de Instituto de Pesquisas Meteorológicas/UNESP, Campus Bauru, São Paulo, SP. 1. SARAIVA, J. M. B., Comunicação pessoal, Rio Grande, RS, 21. VIANELLO,R e ALVES, A.,. Meteorologia básica e aplicações. Imprensa Universitária, Viçosa, MG. 11 1