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

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1 EVOLUÇÃO DISCRETA DAS LINHAS CONVECTIVAS. Anatoli Starostin Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Meteorologia Av. Ildefonso Simões Lopes, 2751, Pelotas RS, Brasil, Ana Maria Gomes Universidade Estadual Paulista, Instituto de Pesquisas Meteorológicas Rua Agenor Meira, 17-68, Bauru SP, Brasil, Roseli Gueths Gomes Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Meteorologia Av. Ildefonso Simões Lopes, 2751, Pelotas RS, Brasil, RESUMO Neste trabalho analisou-se a evolução do Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear observado em 05/05/1993 no Estado de São Paulo (Brasil), com os dados do radar localizado em Bauru. Mostrou-se que a evolução deste SCM ocorreu como a evolução de três linhas convectivas que se moveram para NE com velocidades de deslocamento diferentes, acompanhadas por suas respectivas regiões estratiformes (RE). A análise no referencial móvel (RM) mostrou que o início da dissipação rápida da RE da linha 3 começou quando esta atingiu o local onde anteriormente houve a convecção profunda associada à linha 2. A RE da linha 1 manteve uma forma triangular durante algumas horas, perdendo-a posteriormente. A distribuição dos ecos de radar com Z>40 dbz, acumulados no RM durante algumas horas, foi discreta com regularidade espacial (25 km) e temporal (1 hora). Isto ocorreu também no SCM observado no Estado do Paraná em 24/11/2000, com distância de 50 km. INTRODUÇÃO Da literatura especializada, sabe-se que os SCMs observados por radar meteorológico podem ser divididos em dois tipos: lineares e não lineares (Abdoulaev et. al., 1998). Os SCMs lineares apresentam, freqüentemente, uma região linear convectiva que pode atingir centenas de quilômetros, acompanhada por uma ampla região de precipitação de natureza estratiforme. Dentro da região estratiforme encontra-se uma área com refletividade elevada, separada da linha convectiva por uma zona de refletividade menor que se chama zona de transição. Neste estudo analisa-se a evolução de um Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear que ocorreu no dia 5 de maio de 1993 sobre o Estado de São Paulo (Brasil), tendo como suporte experimental as imagens digitalizadas do radar Doppler meteorológico banda-s localizado em Bauru - SP. São apresentados os resultados da análise geral da evolução e da estrutura deste SCM no sistema fixo de referência e, após, a análise destas características, utilizando um referencial móvel (RM) que se desloca com a velocidade de translação passiva do SCM. São apresentados, também, os resultados da análise feita, utilizando a mesma metodologia, em outra ocorrência de linha convectiva sobre o Estado do Paraná, no dia 24 de novembro de Em todo o trabalho é utilizado o horário local. METODOLOGIA E OS DADOS Os dados utilizados para o estudo do SCM que ocorreu sobre o Estado de São Paulo foram as imagens digitalizadas de refletividade obtidas pelo radar Doppler banda-s localizado na cidade de Bauru (Lat: S, Lon: W), coletadas por intermédio de varreduras volumétricas realizadas em intervalos de 15 minutos ou menos, e elevações da antena de 0.3 a 34.9 graus. Neste estudo foram utilizadas as informações geradas pelo PPI (Indicador de Posição no Plano) de 1.7 graus de elevação, com resolução de 1 km X 1 grau em azimute e alcance máximo de 240 km a partir do radar. Para as análises do SCM que ocorreu sobre o Estado do Paraná, foram utilizados os dados 3574

2 de radar disponibilizados no site ( do SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná), em tempo real. O deslocamento de SCMs e de seus fragmentos ocorre, de modo geral, devido à translação passiva (velocidade que coincide, aproximadamente, com a velocidade do vento na troposfera média) e ao deslocamento relacionado à sua própria evolução. Para obter uma descrição completa deste SCM, envolvendo sua estrutura e evolução, foram realizadas duas análises: 1. análise tradicional, no sistema referencial fixo, onde é muito difícil separar os dois tipos de movimento citados acima; 2. análise utilizando a metodologia desenvolvida por Starostin et.al (1983) e Starostin (1995), onde a análise deve ser feita num Referencial Móvel (RM) que se move com a Velocidade de Translação Passiva (VTP) do SCM. Esta metodologia permite eliminar a translação passiva e observar a evolução pura do SCM. Para determinar a VTP do SCM foi usado o procedimento desenvolvido por Abdoulaev et.al. (1998), onde os fragmentos do SCM, que se movem com a VTP, são representados esquematicamente por linhas com orientações diferentes. Para sobrepor estas linhas em imagens sucessivas, uma delas deve ser deslocada relativamente às outras. Medindo-se este deslocamento podemos calcular a VTP. No dia analisado, a VTP foi igual a 50 km/h com direção para 110. A acumulação dos ecos de radar no RM foi feita usando um programa desenvolvido pelos autores. EVOLUÇÃO DO SCM NO REFERENCIAL FIXO a) Descrição geral No dia 05 de maio de 1993 foi observada a passagem de uma linha de instabilidade associada a um sistema frontal que se deslocou sobre o Estado de São Paulo. De acordo com as informações do radar Doppler de Bauru, as primeiras precipitações (não excedendo 30 dbz) foram observadas a partir das 09:00h, na proximidade da região sudoeste do Estado. A partir das 11:00h, o sistema estava em sua fase de intensificação, com um núcleo excedendo 45 dbz localizado a 200 km a sudoeste do radar. A observação das 12:00h exibiu características de um sistema multicelular na sua parte convectiva, com vários núcleos entre 45 e 50 dbz na frente da linha, seguida de uma extensa região de precipitação de natureza estratiforme. Esta estrutura multicelular permaneceu durante algumas horas. O sistema, como um todo, se deslocou de SW para NE, com uma extensão de 500 km e largura de 150 km, aproximadamente. A velocidade média foi de 50 km/h, sendo que as células convectivas embutidas no sistema se deslocaram com velocidades médias entre 55 e 60 km/h. A partir das 19:00h o sistema entrou em fase de desintensificação, não apresentando chuvas a partir das 23:00h. b) A evolução do SCM Mostra-se na Figura 1 uma série de imagens PPI do radar, obtidas a cada hora, durante 8 horas (entre 10:16h e 18:17h) e com um raio de 240 km. Em torno das 11:00h, uma linha convectiva começou a se formar, cuja orientação NW-SE se manteve durante todo o seu tempo de vida, com variação não superior a 15 graus. Esta linha convectiva se deslocou na direção perpendicular à sua orientação, com uma velocidade média de 50 km/h. Entretanto, foi observada uma variação da velocidade média (medida para cada intervalo de uma hora durante todo o tempo de vida) entre 40 km/h, nos intervalos entre 14:16h e 15:16h e entre 16:17h e 17:17h, e 70 km/h, no intervalo entre 15:16h e 16:17h. A partir das 12:16h na parte posterior desta linha, começou a formação de uma Região Estratiforme (RE), como mostram as figuras 1c a 1h, com largura máxima de 150 km (fig. 1f). Observa-se, a partir das 17:17h, alguns sinais nítidos do início da dissipação da linha convectiva, ou seja, desaparecimento da linha convectiva contínua e diminuição da refletividade máxima dos seus núcleos. Ainda, a evolução e a estrutura desta linha convectiva mostraram várias características que permitem, à primeira vista, considerar este SCM como uma squall line típica (linha de convecção acompanhada por uma ampla região estratiforme). Estas características envolvem a existência de uma linha de convecção severa na parte dianteira do sistema convectivo, com o desenvolvimento de uma ampla região estratiforme atrás e com uma região de transição entre elas (Figuras 2c a 2e). Entretanto, dois aspectos interessantes na evolução da região estratiforme deste sistema não são explicados sob este ponto de vista. Primeiramente, observa-se a existência, a partir de 14:46h e no lado direito do SCM, de uma área sem eco de radar, indicada pela letra A, como mostram as Figuras 2c a 2f. Em 3575

3 segundo lugar, observa-se a dissipação rápida de uma parte da RE no lado esquerdo do SCM, indicada pela letra B (Figuras 2e, 2f). Estes dois aspectos são abordados a seguir. c) Dissipação rápida de uma parte da região estratiforme Figura 1. Seqüência de imagens de radar (PPI) do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu no dia 05 de maio de Figura 2. Seqüência de imagens de radar (PPI) do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu no dia 05 de maio de Os números 1, 2 e 3 indicam as três linhas convectivas deste Sistema Convectivo de Mesoescala. As respectivas regiões estratiformes são indicadas por RE1, RE2 e RE3. As letras A e B indicam as áreas livres de ecos de radar. Na Figura 2b, observa-se o começo da formação de uma região estratiforme atrás da linha no lado esquerdo do SCM, que atingiu uma largura de 130 km às 15:16h (Figura 2d). Trinta minutos mais tarde, a partir das 15:46h (Figuras 2e, 2f), começou um processo de dissipação rápida de uma parte da RE. Esta área sem eco, indicada pela letra B nestas figuras, aumentou de tamanho muito rapidamente, atingindo às 16:17h uma área de km 2, aproximadamente. Por outro lado, a região sem ecos de radar que apareceu a partir das 14:46h (na Figura 2c, indicada pela letra A), permaneceu até o início da dissipação do sistema convectivo, às 17:17h (Figuras 2d a 2f), diminuindo gradualmente de tamanho. A teoria clássica de "squall lines" não explica estes dois fatos. Em nossa opinião, a evolução deste sistema apresentou uma forma mais complexa, resultando do desenvolvimento de três linhas convectivas (indicadas pelos números 1, 2 e 3, na Figura 2), pelas seguintes razões: 1. a análise da linha convectiva 2 (Figuras 2a a 2c) mostra que o comprimento desta foi aumentando gradativamente com o tempo, movendo-se para NE com uma velocidade de 60 km/h, apresentando uma nítida RE (indicada por RE2 na Figura 2b); 2. a linha convectiva 3, menos intensa que a linha convectiva 2 (ver Figuras 2a e 2b), apresentou igualmente sua própria RE (indicada por RE3), já existente a partir de, pelo menos, 13:46h (esta região não é visível na Figura 2a devido ao elevado ângulo da antena); 3. a linha convectiva 3 se aproximou da linha convectiva 2 (Figuras 2a a 2c) devido à maior velocidade de deslocamento da primeira (igual a 85 km/h, aproximadamente). No momento em que estas duas linhas convectivas se uniram (às 15:16h, Figura 2d), começou a dissipação rápida de uma parte da RE3. A descrição deste SCM como resultado do desenvolvimento de três linhas convectivas revela que o momento da aproximação das linhas convectivas 2 e 3 coincide com o início do processo de dissipação rápida de parte da RE no RM, descrito anteriormente (Figura 2e). Assim, a simultaneidade destes fatos mostra que eles estão interligados. Como 3576

4 conseqüência da confluência destas duas linhas, houve a dissipação rápida da RE3. Este fenômeno, de dissipação rápida de uma região estratiforme após ter havido a confluência de linhas convectivas, já havia sido encontrado por Starostin (1998). d) Evolução de linha convectiva 1 Durante o intervalo de tempo compreendido entre 12:16h e 15:16h, a linha convectiva 1 se deslocou para NE, como as linhas convectivas 2 e 3, com uma velocidade de 55 km/h. A partir das 11:46h e na parte posterior da linha 1, começou a formação da sua RE (indicada por RE1). O tamanho desta região aumentou e sua largura atingiu o máximo de 100 km às 14:46h (Figura 2c). Após este momento e durante um período de aproximadamente 3 horas, a largura da RE1 não se modificou muito, sendo de aproximadamente 100 km. Entre 13:16h e 15:16h, a RE da linha convectiva 1 apresentou uma forma triangular, com um aumento de largura do lado esquerdo para o lado direito, podendo ser considerada como uma linha convectiva do tipo assimétrico, segundo Houze (1993), que divide os SCMs nos tipos simétrico e assimétrico, de acordo com a posição da região estratiforme atrás da linha convectiva. Entretanto, após o horário das 15:16h a RE1 perdeu seu formato triangular transformando-se em uma linha convectiva do tipo simétrico. EVOLUÇÃO DO SCM NO REFERENCIAL MÓVEL a) Descrição geral A evolução do SCM no RM é mostrada na Figura 3, para um período de quase 6 horas (entre 11:01h e 16:47h), onde as cruzes indicam as posições do radar de Bauru em quatro horários diferentes: 12:00h, 14:00h, 16:00h e Figura 3. Acumulação dos ecos de radar do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu no dia 05 de maio de 1993, com valores de refletividade (a) Z>20 dbz; (b) Z>30 dbz; (c) Z> 40 dbz, no sistema referencial móvel. Os números 1, 2 e 3 indicam as três linhas convectivas deste SCM. As cruzes marcam as posições do radar nos horários de 12:00, 14:00, 16:00 e 18:00 horas. 18:00h. No RM, que se desloca com a VTP, o radar se move no sentido oposto à VTP. Todos os ecos de radar com valores de refletividade superior a um determinado limite foram acumulados no SRM para o período entre 11:01h e 16:47h. Nas figuras 3a a 3c estes limiares de refletividade foram de 20 dbz, 30 dbz e 40 dbz, respectivamente. Para facilitar a compreensão sobre a evolução deste SCM, a acumulação dos ecos de radar foi horária e mostrada em cores diferentes. No RM, o deslocamento do eco de radar ocorre devido à evolução própria dos elementos do SCM, ou seja, devido ao aparecimento de elementos novos ao SCM. 3577

5 A Figura 3a mostra que a área de desenvolvimento deste SCM com Z>20 dbz, ou seja, onde as precipitações eram estratiformes e convectivas, ocorreu segundo uma larga banda orientada NW-SE (de 320 para 140 ) com comprimento de 600 km e largura de 220 km, aproximadamente, coberta continuamente por ecos de radar. Por outro lado, a área de desenvolvimento do SCM com Z>40 dbz (Figura 3c), ou seja, a área onde as precipitações convectivas se desenvolveram, ocorreu em banda de tamanho menor (comprimento de 500 km e largura de 140 km, aproximadamente). Figura 4. Esquema de evolução, no RM, do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu sobre o Estado de São Paulo no dia 05 de maio de O esquema da evolução deste SCM durante o período de 6 horas citado anteriormente é apresentado na Figura 4. Durante este período, a evolução do SCM ocorreu na direção 340 fazendo um ângulo de 130 com o vetor VTP. Isto significa que a direção da evolução deste SCM ocorreu atrás e à esquerda do vetor VTP, com uma velocidade média de evolução (Ve) de 66 km/h. A Ve pode ser decomposta em duas componentes: uma paralela e outra perpendicular ao eixo de orientação do SCM. Os resultados mostram que este SCM evoluiu, durante as 6 horas, ao longo de seu eixo para a esquerda com uma velocidade de 60 km/h e na direção perpendicular, coincidente com a direção do deslocamento do SCM no referencial fixo, com uma velocidade de 27 km/h. b) Evolução do SCM como três linhas convectivas Figura 5. Esquema da evolução, no RM, do Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu no dia 05 de maio de 1993 sobre o Estado de São Paulo, como evolução de três linhas convectivas, durante um intervalo de tempo de 3,5 horas. As cruzes indicam as posições do radar nos horários de 12:00, 14:00, 16:00 e 18:00 horas. Para mostrar a evolução deste SCM como o resultado do desenvolvimento de três linhas convectivas, foi elaborado o esquema mostrado na Figura 5. Esta figura resulta do acompanhamento deste SCM durante aproximadamente 4 horas. Observa-se que as três linhas convectivas evoluíram praticamente na direção norte, fazendo um ângulo reto com o vetor VTP. A velocidade de evolução de cada uma destas linhas na direção perpendicular à sua própria orientação foi de 27km/h, 30km/h e 55km/h para as linhas 1, 2 e 3, respectivamente. A posição destas linhas foi mostrada nas Figuras 3a e 3b (indicadas pelos números 1, 2 e 3). Nestas figuras, nota-se que as áreas de evolução das linhas 2 e 3 ocuparam a metade superior do SCM, enquanto que a área de evolução da linha 1 ocupou a metade inferior do SCM. A distância entre as linhas 2 e 3 (igual a 50 km, às 13:00h) diminuiu gradualmente com o passar do tempo, devido à diferença das respectivas velocidades de evolução. Assim, a linha 3 se aproximou da linha 2 e, em torno das 15:00h atingiu o local (no RM) onde, aproximadamente 2 horas antes havia se desenvolvido a convecção profunda associada à linha 2. Este local está indicado nas Figuras 3a e 3b pelas letras ID. Logo em seguida começou a dissipação rápida da RE da linha 3. A distribuição das áreas de desenvolvimento da convecção profunda, ou seja, dos ecos de radar com Z>40dBZ mostrada na Figura 3c, não foi contínua, isto é, dentro de toda a banda com ecos de radar haviam áreas livres do eco de radar com Z>40dBZ durante 6 horas (tempo de acumulação destes ecos de radar). Um fato muito interessante foi verificar que a distribuição dos ecos de radar na parte sul desta banda estava associada com a evolução da linha 1. Apesar de ser discreta, esta distribuição dos ecos de radar apresentou uma regularidade espacial e temporal, com uma tendência a se concentrar em linhas paralelas, indicadas pelas letras a, b, c, d, e (Figura 3c). A distância média entre estas linha foi de 25 km, aproximadamente, e cada nova linha que se desenvolvia, o fazia na direção NE, a cada hora. Isso é fácil de ver porque a acumulação horária está apresentada em cores diferentes. Isso significa que a evolução da linha convectiva 1 ocorreu da seguinte forma: desenvolve-se uma linha convectiva e quando ela atinge seu estágio de maturidade, começa a formação de uma nova linha na sua frente, a uma distância de 25 km, aproximadamente. Por sua vez a linha velha começa a se dissipar e quando a linha nova atinge sua maturidade, este ciclo se repete com duração de aproximadamente uma hora. 3578

6 A distribuição discreta e em linhas dos ecos de radar com Z>40 dbz descrita acima foi igualmente observada no caso do SCM que ocorreu sobre o Estado do Paraná no dia 24 de novembro de 2000, como mostra a Figura 6. Neste dia a VTP foi igual a 44 km/h na direção de 324. Em Starostin et al (2002) é apresentada toda a seqüência das imagens de radar deste SCM, entre 14:00 e 17:45h. A Figura 6 apresenta a acumulação de todos ecos com Z>40 dbz, no RM, durante quase 5 horas. A cada hora de evolução do SCM é apresentada pela própria cor. Desta Figura podemos ver que a evolução principal do SCM ocorreu na direção NE com uma velocidade de 60 km/h. Esta evolução foi discreta, apresentando uma regularidade espacial e temporal. Os ecos de radar estavam distribuídos segundo linhas (quatro linhas) distantes em 50 km e que se formaram a cada hora, uma após a outra. Para ver melhor a estrutura do SCM, a Figura 7a mostra a imagem integral deste SCM numa única cor. Na Figura 7b as retas vermelhas indicam a posição das quatro linhas citadas. A Figura 7c apresenta a imagem instantânea de todos os ecos do radar às 14:45h, e mostra que na frente da linha analisada ficam algumas linhas fracas paralelas à esta, separadas por uma distância de aproximadamente 50 km. É interessante notar que a distância entre as linhas paralelas da imagem instantânea coincide com a distância entre as bandas da imagem acumulada. Este resultado pode significar que às 14:45h já existe um sistema de circulação com Acorrentes ascendentes Figura 6. Evolução, no RM, do campo dos ecos de radar com Z> 40 dbz do SCM que ocorreu no Estado do Paraná no dia 24 de novembro de acumulada durante quase 5 horas. na forma de bandas paralelas com distância de 50km. Por isto a evolução da linhas aconteceu na forma discreta, por linhas distantes de 50 km. A Figura 7d mostra a superposição, no RM, da imagem instantânea às 14:45h, com as quatro retas vermelhas que marcam a posição das quatro linhas da imagem integral (mostradas na Figura 7b). É impressionante ver a coincidência entre as posições das linhas dos ecos do radar das 14:45h com as posições das linhas da imagem integral do SCM Figura 7. Para o Sistema Convectivo de Mesoescala que ocorreu sobre o Estado do Paraná, no dia 24 de novembro de 2000: a) Estrutura do campo dos ecos de radar acumulado entre 14:00 e 17:45 horas; b) Idem com a indicação das posições das linhas convectivas (retas, na cor vermelha) com distância de 50 km entre si; c) Imagem PPI instantânea de todos os ecos de radar às 14:45 horas; d) Sobreposição, no RM, da imagem instantânea às 14:45h Figura 7c, com as quatro retas vermelhas que marcam a posição das quatro linhas na Figura 7b. As cruzes indicam a posição do radar no horário indicado sobre as figuras. 3579

7 CONCLUSÕES Neste trabalho foi analisada em detalhes a evolução de um Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) linear observado no dia 5 de maio de 1993 sobre a parte central do Estado de São Paulo (Brasil), a partir dos dados do radar meteorológico banda-s localizado na cidade de Bauru. Foi mostrado que a evolução deste SCM ocorreu como a evolução de três linhas convectivas que se moveram para NE com velocidades de deslocamento diferentes e foram acompanhadas por suas respectivas regiões estratiformes. A análise no RM mostrou que o início da dissipação rápida da RE da linha 3 começou quando esta atingiu o local onde anteriormente houve a convecção profunda associada à linha 2. A região estratiforme da linha 1 manteve uma forma triangular durante algumas horas, perdendo-a posteriormente. Foi observada que a distribuição dos ecos de radar com Z>40 dbz, acumulados no RM durante 5 horas, foi discreta com uma regularidade espacial e temporal. Este aspecto foi verificado também no caso do SCM linear que ocorreu sobre o Estado do Paraná no dia 24 de novembro de Os ecos de radar com Z>40 dbz mostraram uma tendência a se concentrar em linhas paralelas, com uma distância média de 25 km, no caso do dia 5 de maio de 1993, e de 50 km, no caso do dia 24 de novembro de 2000, sendo que cada nova linha se desenvolveu a cada hora, aproximadamente. Isto significa que estas linhas convectivas ocorreram no seguinte cenário: a linha convectiva se desenvolve e, quando ela atinge sua maturidade, uma linha nova começa a se formar à distância encontrada na sua frente, enquanto que a linha velha começa a se dissipar. No momento em que a linha nova atinge sua maturidade, este ciclo se repete. A duração de cada ciclo foi igual a uma hora, aproximadamente. REFERÊNCIAS BIBLIORÁFICAS ABDOULAEV, S., STAROSTIN, A., LENSKAIA, O., GOMES, R.G. Sistemas de mesoescala de precipitações no Rio Grande do Sul. Parte I: Classificação dos sistemas de mesoescala de precipitações. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 13, n. 2, p.57-74, HOUZE R.A., JR. Cloud dynamics. Academic Press, Inc., 573 p., STAROSTIN, A. Estrutura de mesoescala e evolução do campo da nebulosidade Cb. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 10, n. 1, p.10-18, STAROSTIN, A., 1998: Confluência das linhas de convecção. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, VIII CONGRESSO DA FLISMET, 10, 1998, 26 a 30 de outubro de 1998, Brasilia-DF, Brasil, Brasília, 1998, CD-ROM. STAROSTIN, A., LIVSHITS, E.M., SHVETSOV, V.S. Mesoscale structure of the radar echo fields from convective clouds in Moldavia. Meteorology and Hydrology, Moscou, Hydrometeoizdat, n. 10, p.55-59, STAROSTIN, A., GOMES, A.M., GOMES, R.G. Linhas convectivas assimétricas. In: XII CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, Foz Iguaçu, 4 a 9 de agosto de 2002, anais, Foz Iguaçu,