Aplicação de modelagem numérica sobre ventos intensos no Rio Grande do Sul, em dezembro de 2009.

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1 Aplicação de modelagem numérica sobre ventos intensos no Rio Grande do Sul, em dezembro de Alex Santos da Silva 1, Camila Homann 2, Lia Amaral 3 e Yoshihiro Yamasaki 4 1,2,3,4 Faculdade de Meteorologia - Universidade Federal de Pelotas Pelotas - RS, Brasil - lexpajero@yahoo.com.br RESUMO: Um sistema típico de verão, na América do Sul, com uma faixa de nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste encontrava-se sobre a região sul do Brasil durante o dia 11 de dezembro de Nas primeiras horas do dia seguinte, um centro de baixa pressão, cujo desenvolvimento vertical se estendia até os níveis médios da atmosfera desprendeu-se do sistema e deslocou-se rapidamente, do estado do Rio Grande do Sul para o oceano Atlântico - deixando cerca de 60 mil clientes da Companhia Estadual de Energia Elétrica do Rio Grande do Sul (CEEE) sem energia. Entre as cidades mais afetadas, inclui-se a de Rio Grande (32,04 S; 52,1 W), onde foram registradas rajadas de vento da ordem de 80 km/h. O estudo diagnóstico desenvolvido engloba os resultados das simulações do modelo de mesoescala WRF-ARW, dados convencionais das estações meteorológicas do estado do Rio Grande do Sul e imagens do satélite GOES. Constatou-se que a temperatura do ar sobre as águas do mar ao longo da região costeira do Rio Grande do Sul estava acima àquelas da região continental costeira. Os jatos de baixos níveis também atuavam, provindos do oceano Atlântico, que favoreceram tanto o transporte de calor como de umidade, gerando condições favoráveis para o início da instabilidade convectiva na atmosfera. ABSTRACT: A typical summer system in South America, with a line of cloud band along northwest-southeast direction has been present over the continent, during December 11 st, During the first hours of the next day, a low pressure center, which vertical development stretched up to middle levels of the atmosphere released from the system and quickly moved from the Rio Grande do Sul State to Atlantic Ocean - leaving about 60,000 customers of the State Electric Energy Company of Rio Grande do Sul (CEEE) without electricity. Among the cities most affected, the Rio Grande city (32.04 S; 52.1 W) recorded the wind gusts of 80 km/h. The diagnostic study developed includes the simulations results of WRF-ARW mesoscale model, conventional data gathered from Rio Grande do Sul state meteorological stations and the GOES satellite images. The model results has been presenting the sea surface air temperature higher than the temperature along the shore line region of the south of the Rio Grande do Sul. The low level atmospheric jets which have also been acting, stemmed from the Atlantic Ocean, favored the heat transport as well as the humidity, creating favorable conditions for triggering the convective instability in the atmosphere. Palavras-chave: centro de baixa pressão, fluxos de massa de ar, modelo de previsão numérica.

2 1 INTRODUÇÃO Os desenvolvimentos dos centros de baixa pressão, vórtices ciclônicos (no hemisfério sul), mormente sobre a costa sul-brasileira tem criado desafios para a comunidade meteorológica, devido tanto à limitação tecnológica quanto operacional, em prever com boa precisão suas ocorrências. Estudos já realizados sobre essa fenomenologia tem revelado que a maior ocorrência da instabilidade convectiva é observada sobre regiões com elevados valores de anomalias da temperatura da superfície do mar - onde a massa de ar quente é diretamente transportada (Bjerknes et al., 1969; Manabe et al., 1974; Carnejo -Garrido and Stone, 1977; Liebmann and Hartmann, 1982; Gill and Rasmussen, 1983). O estado do Rio Grande do Sul, nos últimos anos, foi atingido por vários sistemas ciclônicos com condições atmosféricas atípicas para a região como, por exemplo, aquele ocorrido no início do mês de março de 2010, quando a atmosfera apresentou um comportamento muito semelhante ao caso furacão Catarina em A identificação das variáveis meteorológicas mais relevantes é de extrema importância, pois, permite relacionálas com a fenomenologia física destes tipos de ocorrências. Ela possibilita o prévio conhecimento do potencial das inúmeras variáveis, como o do vento, que são anomalamente alterados com estas ocorrências. A quantificação da contribuição de cada variável meteorológica nos processos de formação e evolução dos vórtices ciclônicos é uma tarefa de difícil realização. Uma alternativa para esta representação é a análise dos mesmos com o emprego de modelos numéricos de previsão. Os resultados das simulações realizadas, com o modelo de mesoescala WRF-ARW, são explorados mediante a análise do comportamento da umidade do ar, em diferentes níveis verticais, com o suporte parcial da temperatura potencial associada às linhas de corrente. Estas variáveis foram correlacionadas com as fortes rajadas de vento e possível movimento ascendente, do fluxo, no centro do vórtice ciclônico. Este se desenvolveu no início do dia 12 de dezembro de 2009 e causou efeitos consideravelmente danosos, tanto no setor econômico quanto social, sobre várias cidades gaúchas, particularmente na cidade de Rio Grande - onde ocorreu falta de energia elétrica, quedas de árvores e muitas casas foram destelhadas. 2 - METODOLOGIA Os dados convencionais de superfície observados e coletados sobre o estado do Rio Grande do Sul, bem como os do satélite GOES, para o dia 12 de dezembro de 2009 foram armazenados para a análise do evento. Os poucos dados convencionais, além de serem apenas de superfície, não permitem por si uma análise detalhada e fidedigna da fenomenologia ocorrida. Assim, adicionalmente, procedeu-se a simulação com o modelo de mesoescala WRF-ARW, para o período compreendido entre o dia 11 de dezembro (18UTC) a 13 de dezembro (00UTC) de As condições iniciais e de contorno, para o processamento do modelo WRF, foram obtidas das análises e previsões do modelo global GFS do NCEP. O modelo foi configurado conforme apresentado na Figura 1, com duas grades aninhadas e com resoluções espaciais de 18 km e 6 km, respectivamente para os domínios D1 e D2. As principais parametrizações estabelecidas no processamento do WRF, para os dois domínios de integração são apresentados na Tab. 1. A simulação foi feita com integração simultânea dos dois domínios ( two-way nesting ) com passo de tempo de 54 segundos para o D1. Os devidos ajustes para excluir os efeitos do spin-up na integração temporal do modelo foram realizados

3 Figura 1. Domínios do modelo WRF-ARW. As principais parametrizações estabelecidas no processamento do WRF, para os dois domínios de integração são apresentados na Tab. 1. A simulação foi feita com integração simultânea dos dois domínios ( two-way nesting ) com passo de tempo de 54 segundos para o D1. Os devidos ajustes para excluir os efeitos do spin-up na integração temporal do modelo foram realizados Tabela 1. Parametrizações ativadas no processo de simulação através do modelo de mesoescala. Parametrizações Domínio 1 (D1) Domínio 2 (D2) Microfísica Kesller Kesller Radiação OL RRTM RRTM Radiação OC Dudhia Dudhia CLP YSU YSU Cumulus Betts-Miller-Janjic Explícito. Apesar da escala temporal do evento ter sido relativamente curta -com duração de apenas algumas horas- o transporte de vapor de água, associado à circulação atmosférica favorável ao desenvolvimento e evolução do ciclone, manteve-se em todo o deslocamento do vórtice ciclônico em direção ao oceano Atlântico Sul. Um decréscimo nos valores da temperatura e uma posterior ausência de nebulosidade ocorreram praticamente sobre o estado do Rio Grande o Sul. Assim, optou-se também à utilização do método da análise da temperatura potencial - que permite avaliar a temperatura que uma parcela de ar teria em determinada altitude caso fosse comprimida ou expandida adiabaticamente até o nível de 1000hPa, ou seja, que possuísse as mesmas condições de pressão e densidade do nível de 1000hPa. Como o vapor de água nos altos níveis da atmosfera é praticamente desprezível, o comportamento do perfil vertical dessa variável deve opor-se ao comportamento do perfil vertical da temperatura. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados das simulações realizadas com o modelo WRF-ARW mostraram que, quando ocorreu a maior intensidade do centro de baixa pressão, sobre o oceano Atlântico (31.7 S, 50.3 W), houve uma gradual elevação da diferença entre a temperatura do ar sobre o

4 oceano e a temperatura da superfície da cidade de Rio Grande. Este fato é constatado, desde os níveis mais baixos da atmosfera até o nível de aproximadamente 200hPa [Figura 2.(a)], durante deslocamento e enfraquecimento do mesmo em direção ao oceano [Figura 2.(b)], além da presença contínua sobre a costa sul-brasileira dos fluxos de massa de ar em baixos níveis. Figura 2. Perfil vertical da temperatura o C (a)-(b) e da temperatura potencial- o C (c)-(d), para a cidade de Rio Grande (em verde) e sobre o oceano(em preto). Na Figura 3 é apresentada a direção e a velocidade do vento para 950hPa das 00:00UTC e 12:00UTC do dia 12 de dezembro de Constata-se que o fluxo de massa, nos baixos níveis (00:00UTC) favoreceram o início da instabilidade convectiva sobre a região sul do Brasil, especialmente sobre a cidade de Rio Grande, devido ao transporte de ar mais quente e úmido do oceano para o continente e para o instante de maior intensidade do evento.

5 Figura 3. Direção e velocidade (m/s) dos fluxos de massa de baixos níveis às 00UTC para o dia 12 de dezembro de 2009 e às 12UTC da mesma data. 4. CONCLUSÕES Apesar das aproximações físicas que são feitas nas equações que governam o estado termo-hidrodinâmico da atmosfera, pela inabilidade do modelo incorporar a física da atmosfera de forma não parametrizada os fenômenos de sub-escalas ou, até mesmo, das aproximações nos esquemas de integração do modelo propriamente dito, o modelo WRF vem se apresentando como o modelo que representa o estado da arte na área da mesoescala. Os resultados da simulação feita apresentaram surpreendentes resultados proporcionando detalhes, com alta resolução tanto espacial como temporal, dos ventos e dos fluxos em geral. Ele processou de forma coerente com as observações, o deslocamento e o desenvolvimento do evento analisado. Adicionalmente, notou-se o processo da elevação da temperatura do ar sobre o oceano em relação ao do continente, momentos antes da formação do ciclone, que favoreceu o início de rajadas de ventos em baixos níveis e fluxo vertical do ar moderado, sendo estes apenas um ajuste do fluxo horizontal. Quanto à variável meteorológica selecionada para a análise do comportamento do vapor d'água, antes e durante o sistema de baixa pressão, apresentou-se como um bom parâmetro para a análise da fenomenologia. Além disso, essa situação ocorreu de forma muito rápida, e permitiu a análise do enfraquecimento do mesmo sobre toda a costa sul-brasileira, avaliados à luz dos parâmetros meteorológicos e magnitudes que acompanharam a trajetória do vórtice ciclônico. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BJERKNES, J., 1969: Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific. Mon. Wea. Rev., 97, CONERJO-GARRIDO, A.G., and P. H. Stone, 1977: On the heat balance of the Walker circulation. J. Atmos. Sci. 34, GILL, A. E., and E. M. Rasmussen, 1983: The climate anomaly in the equatorial Pacific. Nature, 306, LIEBMANN, B., and D. L. Hartmann, 1982: Interannual variations of outgoing IR associated with tropical circulation changes during J. Atmos. Sci., 39, MANABE, S., D. G. Hahn and J. L. Holloway, 1974: The seasonal variation of tropical circulation as simulated by a global model of the atmosphere. J. Atmos. Sci., 31,