Análise Termodinâmica de Santarém Durante o Experimento BARCA

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1 Análise Termodinâmica de Santarém Durante o Experimento BARCA MARCELA MACHADO POMPEU (1),FABRÍCIO MARTINS (2) MARIA AURORA SANTOS DA MOTA (3) MARIA ISABEL VITORINO (3) (1) Estudante de Pós Graduação em Ciências Ambientas (PPGCA) UFPA; (2) Graduado em Meteorologia UFPA (3); Docente da Faculdade de Meteorologia e do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais UFPA marcelapompeu5@hotmail.com Abstract: The study period covers November 26 to December 8, 2008, where we used radiosonde data of the experiment Regional Carbon Balance in Amazonia (BARCA) and data from METAR In general, we found that CAPE increases during the day and reduces night. This may be related to the diurnal variation of solar radiation. It was found that throughout the study period the synoptic scale weather systems were active and that the precipitation in the region was more frequent in the morning. It was also noted that the CAPE showed high levels associated with intense convective activity, lightning and rain. In this sense, despite the synoptic scale variation of the local atmosphere, it seems that the local effects (windshield) of the city of Santarém-PA have caused greater instability in local. Keywords: Thermodynamics. Precipitation. Convection. Amazon 1 NTRODUÇÃO: Uma maneira de se verificar as condições de equilíbrio da atmosfera é fazendo análises da Energia Potencial Disponível para Convecção (CAPE), que indica nos dá as condições de equilíbrio da atmosfera (RENNÓ; INGERSOLL, 1996; WILLIAMS E RENNÓ, 1993). Isso porque a CAPE é um parâmetro importante na determinação da instabilidade potencial do ambiente, e valores entre 1000 e 2000J/kg são adequados para sustentar a convecção úmida moderada (McMURDIE; HOUZE, 2006). Desta forma, este trabalho visa à caracterização da evolução temporal da estabilidade atmosférica, a partir da Energia Potencial Disponível para Convecção (CAPE), durante o experimento BARCA na cidade de Santarém, oeste do estado do Pará. 2 DADOS E METODOLOGIA: A área de estudo realizado na cidade de Santarém ( 2 43 S e W), na confluência dos rios Amazonas e Tapajós. Para o desenvolvimento deste trabalho foram utilizados os dados de radiossondagens do experimento BARCA do período de 20/11 A 08/12 de Durante a campanha foram lançadas 2 radiossondas diariamente, nos horários das 12 e 18 UTC na cidade de Santarém-PA. A partir dos dados de radiossondagens foram feitos cálculos da Energia Potencial Disponível para Convecção (CAPE) utilizando algoritmo executado no software Excel para obter a área positiva do diagrama determinada pela seguinte equation (1). (1) Onde: NCL é o nível de condensação por levantamento; NE- é o nível de equilíbrio;

2 θ ep é a temperatura potencial equivalente da parcela; θ esa é a temperatura potencial equivalente saturada do ambiente. A regra do trapézio para integração foi aplicada para o cálculo da integral da equação (1), ou seja, (1) 3 RESULTADOS E DISCURSSÕES: Em geral, os resultados mostraram que, no período de 26 de novembro a 02 de dezembro a CAPE apresenta valores acima de 1000 J/kg (fig. 1a), condição essa que sustenta a formação de convecção (McMURDIE e HOUZE, 2006). No dia 26 das 12 as 13 UTC, as informações do METAR indicaram a existência de nebulosidade, entretanto às 14 UTC notou-se uma redução da CAPE de 4000 J/kg para 2702J/kg. Isto provavelmente ocorreu devido o céu se encontrar parcialmente nublado, reduzindo a incidência de radiação solar que impactou na diminuição da CAPE.Observa-se ainda que ao longo do período uma evolução da nebulosidade (convecção), com a ocorrência de precipitação durante a madrugada, no caso, dia 27 entre 01 e 06 UTC a atmosfera local ficou saturada de nuvens do tipo CB (cumulus nimbus), e trovoadas por aproximadamente 6 horas consecutivas. Todavia, a CAPE sofreu sucessivas reduções nos seus valores, sendo que o menor valor registrado ocorre às 05 UTC, com uma CAPE de 460 J/kg. No dia 28, o mesmo comportamento é observado entre 03 e 06 UTC, os dados METAR afirmam que houve forte chuva com trovoadas, chuva leve e muitas nuvens de grande desenvolvimento vertical, o que novamente é favorável para a redução do valor da CAPE, ou seja, sistemas precipitantes associado à forte convecção reduzem a CAPE. O gráfico (fig.1b) nos apresenta uma marcha horária da CAPE bem definida, no período de 30 de novembro a 02 de dezembro de 2008, devido à grande parte do período o céu se apresentar claro, ou seja, com pouca nebulosidade, tanto rasa quanto profunda, a falta de cobertura de nuvens implica em uma maior incidência de radiação solar na superfície, o que aumenta rapidamente a CAPE de forma intensa durante o período diurno, muito embora no dia 29 às 14 UTC, segundo o código METAR existe 3/8 a 4/8 de nebulosidade ( nuvens espaçadas), constituindo-se uma possível causa para a redução da CAPE de 4500 J/kg para 2574J/kg, porém isto não aconteceria, uma vez que, este grau de nebulosidade não é tão determinante para queda da CAPE, logo, fatores dinâmicos estariam interferindo na redução da CAPE, neste dia houve a aproximação de um Sistema Frontal (SF) (fig.2) que organizou a convecção na cidade de Santarém, modulou a direção dos ventos e assim, favorecendo a redução da CAPE. No dia 02 a CAPE tem um valor muito pequeno entre 08 e 09 UTC, o que concorda com informações do METAR, chuva leve e presença de trovoadas com muita nebulosidade do tipo CB, estas condições de tempo aliados e a ausência de radiação solar na madrugada contribuíram significativamente para a redução da CAPE, atingindo 81 J/kg, ou seja, por se de madrugada é o período o efeito de brisa terrestre estar mais intenso, a perda radioativa noturna favorece um maior gradiente, e devido a cidade se encontrar cercada de rios, estas oscilações de mesoescala se fazem determinante na geração de nuvens, no caso, os CB s observados neste dia.

3 A Figura 3 mostra a variação horária da CAPE no período de 02 a 08 de dezembro de 2008, os valores da CAPE são elevados, atingindo cerca de 6500 a 6900 J/kg. Estes foram as maioresvalores de todo o experimento BARCA, com condições meteorológicas intensas informadas pelo METAR e com maior precipitação observada em Santarém-PA. No dia 02 de dezembro a CAPE foi reduzida de 2900 J/kg (15 UTC) para 1644J/kg às 16 UTC (fig.3). Isto possivelmente foi devido a presença de muitas nuvens, representando intensa atividade convectiva, notada ao longo de todo período. No dia 03 às 10 UTC há uma redução da CAPE de 1600 J/kg para 380 J/kg. Nesse horário a diminuição da CAPE foi principalmente por causa da chuva leve ocorrida, segundo o codigo METAR, o mesmo é visto nos horários entre 12 e 14 UTC. Em seguida, o valor da CAPE aumenta, possuindo nebulosidades, prova disso é que ás 20 UTC formaram-se nuvens do tipo cumulus congestos profundos. No dia 04 a partir de 03 UTC, o METAR informa céu nublado com 3/8 a 4/8 de nuvens mantendo-se assim até as 12 UTC. Aproximadamente às 13 UTC, o céu passa a ser totalmente nublado, não há informação de precipitação pelo METAR, mas a CAPE reduz para 1603J/kg e às 16 UTC ainda permanece com grande quantidade de nuvens médias e baixas, apesar da grande atividade convectiva ter sido intensa, não foi o suficiente para gerar sistemas precipitantes, mesmo com a CAPE possuindo um valor máximo de aproximadamente 5700J/kg. As informações de chuvas ocorreram no dia 05 entre 07 e 11 UTC, com chuva leve e trovoadas com presença de nuvens CB. No dia 05 no horário de lançamento da radiossonda, o céu estava totalmente encoberto com 7/8 e 8/8 de nuvens, chegando a formar grandes cumulus congestos nos horários de 14 e 18 UTC, com alto valor de CAPE chegando próximo a 4000J/kg como mosta a Figura 3b que representa a variação horária da CAPE para o período de 05 a 08 de dezembro de Para os horários entre 15 e 16 UTC.O dia 07 as 16 UTC mostra um valor de CAPE elevado chegando a quase 7000 J/kg, com um aumento gradativo na nebulosidade, com grande desenvolvimento das nuvens, e condições favoráveis para originar grandes torres de cumulos congestos,o que pode ser visto ás 19 e 20 UTC. As informações meteorológicas de tempo significantes começam a se desenvolver no dia 08 das 05 ás 08 UTC, o METAR informa muitas trovoadas, chuva forte e chuva leve alternadamente, levando o valor da CAPE a zero ás 05 UTC. Às 12 UTC, as atividades convectivas são fortes o suficiente para gerar chuva leve a moderada com trovoadas para esse horário, o mesmo aconteceu às 13. Neste período de análise, as imagens de satélites (Figura 4) mostram a presença da ZCAS, VCAN( Vórtices ciclonicos de altos níveis) ZCIT (Zona de convergência intertropical) e convecção localizada. Estes sistemas favorecem a organização da nebulosidade na região de Santarém-PA e conseqüentemente auxilia na instabilidade atmosférica observada a partir da CAPE neste período. É interessante comentar que, este período foi o mais instável entre os anteriores, com maiores observações de trovoadas, nuvens profundas e precipitação. Significando que apesar da ocorrência de sistemas de escala sinótica, as circulações de mesoescala foram preponderantes na intensificação da convecção local, diferente dos períodos anteriores.

4 Figura 1. Variação horária da CAPE durante o projeto BARCA (Santarém-Pa) a) período de 26 a 29 de novembro de 2008; b) período de 30 a 02 de dezembro de Figura 2. Imagem de satélite GOES-10: (a) dia 27/11 às 0300UTC; (b) dia 28/11 às 0400UTC; (c) dia 02/12 às 0700UTC. Fonte: CPTEC Figura 3. (Variação horária da CAPE durante o BARCA (Santarém-Pa) período de 02 a 05 de dezembro de 2008; b)- período de 05 a 08 de dezembro de 2008.

5 Figura 4. Imagem de satélite GOES-10 (a) dia 03/12 às 1015UTC; (b) dia 03/12 às 1200UTC; (c) dia 08/12 ás 0700UTC; (d) dia 08/12 às 1400UTC. Fonte: CPTEC 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS: Em resumo a CAPE esteve na maioria das vezes acima de 1000 J/kg, com CAPE média de 2701J/kg, caracterizando potencial para forte atividade convectiva na região. Pois, CAPE maior do que 1000 J/kg é favorável para sustentação da convecção úmida profunda. A marcha horária da CAPE mostrou um ciclo diurno bem definido, com aumento durante o dia e redução durante noite e madrugada, que é devido a variação da radiação solar. Porém, a CAPE elevada não necessariamente favoreceu a ocorrência da precipitação, pois muitas vezes existiam grandes valores de CAPE e nenhuma precipitação foi observada. Por outro lado, apesar dos grandes valores de CAPE a precipitação ocorrida foi pequena. Em geral, foi observado que as chuvas só ocorreram no período da madrugada em Santarém-PA 5. REFERÊNCIAS McMURDIE, L; HOUZE, R. A. Weather Systems, Chapter 3. In: WALLACE, J. M.; HOBBS, P. V. Atmospheric science: an introductory survey. Boston: Academic Press, second Edition, p RENNÓ, N. O.; INGERSOLL, A. P. Natural convection as a heat engine: a theory for CAPE. J. Atmos. Sci., v. 53, p WILLIMAS, E.; RENNÓ, N. An analysis of the conditional instability of the tropical atmosphere. Monthly Weather Review, Boston, v.121, p