Estudo de caso de um possível evento de tornado em Santa Barbara do Sul RS. Gabriela Lameu Moreira¹ Viliam Cardoso da Silveira¹

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1 Estudo de caso de um possível evento de tornado em Santa Barbara do Sul RS Gabriela Lameu Moreira¹ Viliam Cardoso da Silveira¹ 1 Universidade Federal de Pelotas UFPel Caixa Postal Pelotas - RS, Brasil gabriela.lameu@funceme.br viliamcardoso@gmail.com Abstract. The aim of this paper is to analyze the atmospheric conditions associated with a possible tornado that happened in Santa Barbara do Sul city - RS in July In order to make these analyzes, we used satellite imagery enhanced the satellite GOES-12 obtained from Forecast Center of the Weather and Studies Climates/National Institute of spatial research (CPTEC/INPE) and final data analysis (FNL) NCEP, which have temporal and spatial resolution of 6 h and 1 º x 1 º, respectively. The main factors in synoptic scale that contribute most to the formation of convective activity intense is humidity, instability and vertical movements. Regarding meteorological satellite images is a form of low cloudiness associated with detached, known as clouds standard inverted comma (Southern Hemisphere) where these clouds are generally observed in the rear of cold fronts associated with rainfall, strong winds and short-lived (Bonati and Rao, 1987). According to the diagnostic analysis is concluded that the phenomenon was associated with moisture convergence, temperature advection, vorticity near the surface, vertical motion and divergence at the upper levels, indicating an atmosphere with convective activity intense, and it also formed over an area of low-cut before of the cold front, associated with a slight trough in upper levels. Palavras-chave: tornadoes, remote sensing, humidity, instability, vertical movement, tornado, sensoriamento remoto, umidade, instabilidade e movimentos verticais 1. Introdução Tempestades, estiagens e vendavais são eventos meteorológicos extremos que atingem diversas regiões do Brasil causando grandes prejuízos econômicos e sociais. No entanto, nas últimas décadas tem-se registrado a ocorrência de outro fenômeno extremo, o tornado, capaz de causar grandes danos às comunidades atingidas. A ocorrência de tornados está se tornando cada vez mais comum no Brasil, porém com a falta de registro fotográfico do fenômeno no momento de sua ocorrência, deixa a duvida do ponto de vista meteorológico: ocorreu um tornado ou uma micro-explosão. A principal característica do tornado é a intensa vorticidade associada, enquanto que a micro-explosão se caracteriza por atingir o solo seja numa única direção, seja com um caráter divergente. Ambos os fenômenos tem em comum o fato de se originarem de intensos cumulonimbus (Silva Dias e Grammelsbacher, 1991). Segundo Stull (2000), uma das teorias mais aceitas é a que inicialmente ocorre uma vorticidade horizontal (rotação sobre um eixo horizontal), desencadeada por um corte vertical no vento horizontal na camada limite. Em seguida, esta vorticidade inclina-se, formando uma vorticidade vertical, impulsionada por colunas de ar ascendentes. A vorticidade por si só não explica a grande intensidade que formam os tornados. No entanto, estendendo-se por colunas de ar ascendentes, a fraca vorticidade vertical contribui com a força do vórtice. Fujita (1981) mostra uma série de fotografias do rastro deixado por tornados e por micro-explosões onde, pode-se observar que no caso de tornados é comum um rastro na forma sinuosa. As reduzidas dimensões do tornado e seu curto tempo de vida tornam difícil outro tipo de registro. 1853

2 O fenômeno em estudo no presente trabalho ocorreu na cidade de Santa Barbara do Sul no estado do Rio Grande do Sul, segundo relato de moradores, por volta das 2130 horas, horário local, e causou danos severos em parte da cidade. Técnicos da Defesa Civil descreveram os danos estando contidos em uma faixa com aproximadamente um quilômetros de extensão e trezentos metros de largura, no sentido noroeste-sudeste, reforçando a tese de que o município foi atingido por um tornado. Depoimentos de residentes das áreas mais atingidas relatam que os objetos eram sugados em direção ao ar. Outra característica clássica de tornado visualizada é o fato de que árvores caíram em sentidos diferentes, o que não ocorre quando há somente ventos lineares ou microexplosões. Os tornados podem ser classificados quanto a sua intensidade, calculada com base nos danos que provocam em superfície. Dentre as classificações dos tornados quanto à intensidade, a escala Fujita é uma das mais aceitas e utilizadas (Marcelino et al., 2002). Os fatores em escala sinótica que mais contribuem para a formação de atividade convectiva intensa, segundo Doswell e Bosart (2000), giram em torno de três ingredientes básicos: umidade, instabilidade e movimentos verticais. Se houver forçantes de parcelas ascendentes, então haverá convergência de massa em baixos níveis. Quanto mais intensa a atividade convectiva, mais propício é o ambiente para o desenvolvimento de tornados, por exemplo. Do ponto de vista das imagens de satélites meteorológicos existe uma modalidade de nebulosidade associada às baixas desprendidas, conhecida como nuvens padrão vírgula invertida (no Hemisfério Sul). Essas nuvens geralmente são observadas na retaguarda de frentes frias, associadas com precipitação, ventos fortes e tempo de vida curto (Bonati e Rao, 1987). O objetivo desse trabalho é a identificação do fenômeno através de imagens de satélite GOES-12 para identificar a localização e evolução das nuvens de tempestades apontando as prováveis áreas para formação de tornados, além da análise sinótica de campos meteorológicos. 2. Metodologia de Trabalho O possível tornado em estudo será analisado por meio de imagens de satélite realçadas do satélite GOES, obtidas do Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos/Instituto nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE). Além das imagens de satélite, será feita uma análise sinótica de campos meteorológicos por meio das análises finais (FNL) do NCEP, que possuem resolução temporal e espacial de 6 h e 1º x 1º, respectivamente, nos horários das 18 UTC do dia 28 de julho e 00 UTC e 06 UTC do dia 29 de julho. A figura 1 mostra a localização da cidade de Santa Barbara do Sul que fica localizada no norte do estado do Rio Grande do Sul. 1854

3 Figura 1. Mapa mostrando a cidade de Santa Barbara do Sul RS, indicada pelo ponto. 3. Resultados e Discussão As Figuras 2 e 3 mostram as imagens de satélite para o dia 28 de julho de Podese observar no estágio de pré-formação do possível tornado em estudo (Figura 1) áreas com bandas de nebulosidade onde, nos horários seguintes, o fenômeno de formaria. No estágio de formação (Figura 3) pode-se ver áreas com atividade convectiva, sendo que estas áreas convectivas ainda não apresenta qualquer organização. No estágio de desenvolvimento para o dia 29 de julho de 2012 (Figura 4) pode-se ver que as áreas convectivas anteriormente sem qualquer organização tomam a forma de uma onda frontal em superfície. Através das imagens de satélite observa-se também a rápida formação e desenvolvimento do sistema no dia 28 de julho de 2012 sendo caracterizado com intensos aglomerados de nuvens Cumulonumbus (Cb), as quais têm grandes potenciais convectivos e potencial para formação de tornados. Figura 2. Imagens de satélite realçadas para o estágio de pré-formação no dia 28/07/2012: (a) 1800 UTC, (b) 1845 UTC, (c) 2000 UTC. 1855

4 d e f Figura 3. Imagens de satélite realçadas para o estágio de formação no dia 28/07/2012: (a) 2100 UTC, (b) 2130 UTC, (c) 2200 UTC, (d) 2230 UTC, (e) 2300 UTC, (f) 2330 UTC. d e f Figura 4. Imagens de satélite realçadas para o estágio de desenvolvimento no dia 29/07/2012: (a) 0000 UTC, (b) 0030 UTC, (c) 0100 UTC, (d) 0130 UTC, (e) 0200 UTC, (f) 0230 UTC. 1856

5 Na Figura 5, referente ao campo de pressão ao nível médio do mar pode-se ver um cavado em superfície no horário de pré-formação e formação do sistema, que após esses estágios se intensifica para uma frente fria. No campo de advecção de temperatura (Figura 6) nota-se que há sobre o estado do Rio Grande do Sul uma área de advecção quente de temperatura que se intensifica, à medida que a onda frontal se desenvolve em superfície. A Figura 7 mostra o campo de convergência do fluxo de umidade em baixos níveis (850 hpa), nos quais se pode observar a existência de um importante fluxo de ar sobre o estado do Rio Grande do Sul, provocando convergência do fluxo de umidade em praticamente toda a região. Nota-se que após o instante de formação (Figura 7c), a área de convergência do fluxo de umidade começa e se afastar do estado. Figura 5. Campos de pressão ao nível médio do mar (hpa): (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. Figura 6. Advecção de temperatura (10-5 K/s) em 850 hpa: (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. 1857

6 Figura 7. Convergência do fluxo de umidade (10-5 g/kg*1/s) em 850 hpa: (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. Percebe-se que à medida que a onda frontal se desenvolve em superfície, o campo de vorticidade (Figura 8) se intensifica, indicando, a intensificação da rotação do fluxo próximo a superfície. Em níveis médios percebe-se um suave cavado a oeste da região de formação do sistema em superfície, nos horários de pré-formação (Figura 9a) e formação (Figura 9b) do sistema. Já no horário de desenvolvimento (Figura 9c), esse cavado não é tão visível. À medida que o sistema se desenvolve, as áreas com intenso movimento vertical (Figura 10) se intensificam sobre o estado do Rio Grande do Sul, indicando que este sistema está associado com intensas correntes de ar ascendente. Conseqüentemente em algum local da atmosfera esse ar ascendente deve divergir, para fechar o balanço de massa da atmosfera e isso pode ser visto pelo campo de divergência em 200 hpa (Figura 11). Figura 8. Vorticidade (10-5 1/s) em 850 hpa: (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. 1858

7 Figura 9. Altura geopotencial (gpm) em 500 hpa: (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. Figura 10. Movimento vertical (Pa/s): (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. Figura 11. Divergência (10-5 1/s) em 200 hpa: (a) 28/07/ UTC, (b) 29/07/ UTC, (c) 29/07/ UTC. 4. Conclusões Tudo indica que de acordo com as imagens de satélites e análises diagnósticas de campos meteorológicos que o evento que ocorreu em Santa Barbara do Sul foi um tornado. Através das imagens de satélites podemos concluir que havia muita instabilidade sobre Santa Barbada no horário que aconteceu o fenômeno. Já de acordo com as análises diagnósticas 1859

8 conclui-se que o mesmo estava associado com convergência de umidade, advecção de temperatura, vorticidade próxima da superfície, movimento vertical e divergência em altos níveis, indicando uma atmosfera com intensa atividade convectiva. O mesmo se formou sobre uma área de cavado pré-frontal em superfície, associado um leve cavado em níveis médios. A maioria dos danos observados em Santa Barbara do Sul é compatível com os prejuízos provocados por um tornado de categoria 1 na escala Fujita, quando os ventos variam entre 119 e 177 km/h. Em alguns pontos, no entanto, o nível de destruição é típico de tornados F2, quando os ventos podem chegar a 249 km/h. O levantamento preliminar da Defesa Civil apontou 10 casas destruídas e mais de 200 danificadas total ou parcialmente. Referências Bibliográficas Bonatti, J. P.; Rao, V. B. Moist baroclinic instability in the development of north pacific and south american intermediate-scale disturbances. Journal of Atmosferic Sciences, v. 44, n. 18, p , Doswell III, C. A.; Bosart, L. F. Extratropical synoptic-sacle processes and severe convection. In: Doswell III, C. A. (Ed.) Severe Convective Storm. Cap. 2. A Meteorological Monograph: American Meteorological Society. Submited: May Fujita, T. T. Tornadoes and downbursts in the context of generalize planetary scales. Journal of the Atmosferic Sciences, v. 38, n. 8, p , Marcelino, I. P. V. O.; Herrmann, M. L. P; Ferreira, N. J. The ocurrence of tornadoes in Santa Catarina State, Brazil. Australian Meteorological Magazine, Marcelino, I. P. V. O. Análise de episódios de tornados em Santa Catarina: caracterização sinótica e mineração de dados p. (INPE TDI/969). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos Silva Dias, M. A. F.; Grammelsbacher, E. A. A possível ocorrência de tornados em São Paulo no dia 26 de abril de 1991: um estudo de caso. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 6, n. 2, p , Stull, R. B. Meteorology for Scientists and Engineers. 2 ed. Pacific Grove: Brooks/Cole, p