SIMULAÇÃO DA TRAJETÓRIA DAS ONDAS DE PROPAGAÇÃO DO RADAR METEOROLÓGICO ESTUDO DE CHUVAS INTENSAS

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1 SIMULAÇÃO DA TRAJETÓRIA DAS ONDAS DE PROPAGAÇÃO DO RADAR METEOROLÓGICO ESTUDO DE CHUVAS INTENSAS Saraiva, Ivan 1 ; Foster, Paulo Roberto Pelufo 2, Andrioni, Jorge 3 RESUMO - Um sistema frontal é caracterizado por fortes convecções que geram grandes nuvens de desenvolvimento vertical apresentando ventos fortes e alto índice de precipitação. Um exemplo é o que ocorreu no dia 4 de novembro de 25, quando foi identificado à passagem de um sistema frontal sobre a cidade de Porto Alegre. Para melhor compreender este evento foi aplicada uma metodologia capaz de simular a propagação dos raios dos radares meteorológicos e com ela foi possível entender o motivo por que os radares não detectaram a área de forte convecção sobre a cidade de Porto Alegre. Palavras-chave sistema frontal, radar meteorológico. ABSTRACT - The frontal system is characterized by strong convections that generate great clouds of vertical development presenting strong winds and high precipitation index. An example is what happened on November 4, 25, when it was identified to the passage of a front system on the city of Porto Alegre. For best to understand this event a methodology was applied capable to simulate the rays of the meteorological radars and with her it was possible to understand the reason for which the radars didn't detect the area of strong convection on the city of Porto Alegre. Key-words - frontal system, meteorological radar INTRODUÇÃO Todos os anos o estado do Rio Grande do Sul (RS) sofre inúmeros prejuízos devido à ocorrência de eventos de chuvas intensas, uma destas conseqüências são as enchentes. Segundo Teixeira (24), o Rio Grande do Sul é afetado, principalmente por dois tipos de sistemas meteorológicos: as ondas de latitudes médias de escala sinótica e os complexos convectivos de mesoescala (CCM). A progressão de frentes frias é um bom exemplo dos sistemas transitórios sinóticos que atuam nesta região. Para alguns autores, as frentes frias são bandas de precipitação de largura variável com orientação NW-SE, convectivas ou estratiformes e deslocamento de SW para E/NE. Periodicamente, a cidade de Porto Alegre é marcada pela a passagem de sistemas frontais 1 Voluntário do Programa de Educação Tutorial PET/UFPel, Grupo PET/Meteorologia - ivansaraiva@hotmail.com 2 Doutor Professor da Faculdade de Meteorologia UFPel prfoster@terra.com.br 3 Aluno de graduação da Faculdade de Meteorologia UFPel jorge.andrioni@gmail.com

2 com vento intensos e muita precipitação. Um exemplo é o que ocorreu no dia 4 de novembro de 25, quando foi identificado à passagem de um sistema frontal sobre a cidade de Porto Alegre (Figura 1). Este sistema trouxe fortes ventos e alto índice de precipitação. A tempestade veio acompanhada de granizo em alguns bairros e rajadas de vento de até 1km/h foram registradas. Figura 1 Imagens realçada do satélite GOES-12 para 4/11/25: (a) 19:3TMG e (b) 22:3TMG. Para os centros meteorológicos operacionais de muitos paises, a previsão do início da convecção é um dos principais desafios. De acordo com Pacual et al. (24), o conhecimento de áreas onde as convecções se desenvolvem com mais freqüência é o primeiro passo para a obtenção exata de sua trajetória. Por outro lado, o uso de radares meteorológicos para a previsão está sendo cada vez mais utilizado nos centros operacionais, tornando-se uma ferramenta de muita importância e infinitas utilidades (Dallarosa et al, 25). Consequentemente, a combinação dos dados de radares com dados de modelos numéricos, dados de estações meteorológicas e dados de satélite é uma metodologia que está se desenvolvendo com bons resultados conforme discutido por Sokol et al. (24). Para melhor compreender este evento, o trabalho objetivou a aplicação de uma metodologia capaz de simular os feixes de propagação dos radares meteorológicos, localizados no Morro da Igreja/SC e Santiago/RS, e com isso verificar o motivo pelo qual eles não identificaram significativas convecções no sistema que trouxe fortes chuvas para a cidade de Porto Alegre. DADOS Porto Alegre é uma metrópole localizada ao sul do Brasil (latitude S, longitude W e altitude média de 1m). É banhada pelas as águas do Rio Guaíba, com uma orla fluvial de 72Km. Sua topografia é marcada pela ondulação de 4 morros que ocupam 65% de sua área física. É caracterizada por um clima subtropical úmido e com quatro estações bem definidas, com temperaturas em torno de 25 e 35 C no verão e 2 e 15 C no inverno.

3 Neste trabalho foram utilizadas imagens de radar, disponibilizadas pela Rede de Meteorologia do Comando da Aeronáutica (REDEMET), referentes aos radares localizados no Morro da Igreja/SC e na cidade de Santiago/RS. O radar meteorológico Doppler utilizado opera na Banda-S. As imagens MAXCAPPI (Max Constant Plan Position Indicator) fornecem valores máximos de refletividade observados durante uma varredura volumétrica, com alcance de 4Km. As observações são referentes a intervalos de hora em hora. As imagens de satélite para o referido período, utilizadas no presente estudo, são as do satélite geostacionário GOES-12 (Geostationary Operational Environmental Satellite), no canal espectral infravermelho combinada com o vapor d água (imagens realçadas). As imagens estão disponíveis na Internet, pelo o endereço eletrônico e seguem um intervalo de três horas entre uma imagem e outra. Utilizaram-se, ainda, cartas de pressão ao nível médio do mar disponibilizadas no Centro de Hidrografia da Marinha pelo endereço eletrônico com intervalo temporal de 12 horas ( e 12TMG), afim de compreender com maior facilidade o sistema atuante. Adicionalmente, foram utilizadas as informações das sondagens atmosféricas realizadas nas estações meteorológicas de altitude (EMA), e , localizadas, respectivamente, no Aeroporto Internacional Salgado Filho em Porto Alegre (RS) e no Aeroporto Internacional de Florianópolis (SC). As sondagens utilizadas são referentes aos períodos antecedentes, atuais e posteriores a passagem do sistema frontal (12TMG do dia 3; e 12TMG do dia 4; TMG do dia 5). Estas informações foram encontradas no endereço eletrônico METODOLOGIA Foi utilizado um método para a identificação de células convectivas, por meio dos produtos fornecidos por radares meteorológicos. Este método é baseado na determinação de freqüências relativas da refletividade do radar, ou seja, as cores dos produtos estão relacionadas com a intensidade da formação e é expressa em dbz. Conforme o REDEMET, o dbz é o fator de refletividade que mede a intensidade do eco. Quanto maior for o dbz, maior será a intensidade da formação. A principal característica deste método é que todos os pontos de pixels, das imagens de radar, são considerados como pontos de convecção (Pascual et al, 24). Os valores de refletividade variam desde o valor dbz (sem convecção) até valores maiores de 64dBZ, onde existe convecção muito forte. No dia 4 de novembro ocorreu uma forte convecção intensificada pelo excesso de umidade na atmosfera e as altas temperaturas, que se encontravam em torno de 32, C, provenientes da Amazônia, conforme observado nos índices de instabilidade das sondagens atmosféricas, com o

4 mostrado por Teixeira (24). No entanto, esta forte área de convecção não foi identificada pelo o método descrito acima, conforme se nota nos produtos de radar (Figura 4a e 4b). Uma das razões possíveis para a ocorrência deste fato é à distância que se encontram os radares do Morro da Igreja/SC e Santiago/RS em relação à cidade de Porto Alegre, ambas se encontram aproximadamente à 3Km do radar meteorológico. Para verificar este fato foi aplicada a metodologia utilizada anteriormente por Farias e Foster (25). Para utilizar esta metodologia foi calculada a altura em que se encontrava o alvo de alcance do radar meteorológico na distância referente à cidade de Porto Alegre (figura 3a, 3b, 3c e 3d) antes, durante e depois da ocorrência do evento. Tudo isso levando em conta o estado da atmosfera, referente ao índice de refração da mesma para cada altura de sondagem. Com base nas sondagens realizadas em Porto Alegre (12TMG 4 Nov 25, 12TMG 5Nov 25) e Florianópolis (12TMG 4 Nov 25, TMG 5 Nov 25, 12TMG 5 Nov 25), foi calculado o índice de refração (n) para cada camada da atmosfera, que fora pré-estabelecida pela a sondagem atmosférica. Para o cálculo do índice de refração foi utilizda a metodologia descrita por Doviak e Zrnic (1992). Com base no índice de refração (n), no ângulo inicial de emissão (φ ) e altura inicial (h ) e altura final (h), em cada camada estipulada pela a sondagem, foi possível encontrar o ângulo final de propagação (φ) (figura 2), através da equação: 2 ϕ 2 ϕ 2 2 h h = R + n n onde R é o raio da Terra em metros. Figura 2 - Diagrama esquemático do desvio do raio com a distância. Finalmente, com o ângulo final (φ) e levando com base todos os aspectos de propagação das ondas para a atmosfera é possível encontrar a distância horizontal em relação a cada medição da sondagem, conforme equação: cosϕ h h X = sen ϕ 1 onde o ângulo φ é expresso em radianos. A partir desta metodologia é possível calcular os valores da distância horizontal em relação à altura da sondagem e mostrar o perfil dos raios de onda emitidos pelo radar na situação de ocorrência do evento (Figura 3).

5 Figura 3 Trajetória dos feixes de propagação emitidos pelo radar meteorológico para os ângulos de,2 e,5 para Porto Alegre e Florianópolis, respectivamente. Angulo de elevação,2º Porto Alegre (a),,2 Florianópolis (b),,5 Porto Alegre (c) e,5 Florianópolis. RESULTADOS E DISCUSSÃO A trajetória do feixe de propagação foi calculada para diferentes ângulos (,2,,5,,8 e 1 ), assim, verificando se era possível identificar as fortes convecções sobre a cidade de Porto Alegre, para o evento ocorrido. Foi aplicada esta metodologia apenas para as imagens do radar localizado no morro da Igreja, pois através de suas imagens era possível uma melhor visualização do sistema frontal, conforme figura 4. Tabela 1 Altura do raio de onda sobre a cidade de Porto Alegre. HORÁRIO DIA 12Z 4 Nov 25 Z 5 Nov 25 12Z 5 Nov 25 CIDADE / ÂNGULO POA FLO POA FLO POA FLO,2 745m 7815m X 747m 735m 6675m,5 19m 1125m X 9428m 917m 9857m,8 12m 112m X 1136m 1129m 11765m 1, 1219m 11837m X 11883m 1218m 1194m De acordo com a tabela 1 constatou-se que só é possível identificar e classificar a ocorrência de áreas de convecção, na região da grande Porto Alegre, com a utilização de ângulo muito pequeno. Logo, o não aparecimento de pontos de pixels com valores de refletividade acima de Z > 43dBZ é devido à distância que, tanto o radar localizado no morro da Igreja, quanto o radar localizado sobre a cidade de Santiago estão em relação à cidade de Porto Alegre bem como a altura

6 em que se encontra o radar localizado no morro da Igreja (altitude de 1822m), que limita detecção e a descrição de alguns fenômenos meteorológicos em certa distância. Figura 4 Projeção dos dados de refletividade no período das 19: às 23:45h (hora local), do radar localizado no Morro da Igreja, Santa Catarina: projeção na seção oeste-leste (a) e sul-norte (b). CONCLUSÃO Resultados indicam que foi possível entender o motivo porque os radares não detectaram a área de forte convecção sobre a cidade de Porto Alegre, que ocorreu no dia 4 de novembro de 25. No entanto, as utilizações dos produtos gerados pelos radares podem auxiliar em muito a detecção de fortes precipitações sobre a região. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DOVIAK, R., ZRNIC J., DUSAN, S., Doppler radar and weather observations., Academic Press, Inc., San Diego, 458p., SOKOL, Z., REZACOVA D., PESICE, P., Nowcasting of precipitation by using radar and NWP model data. Third European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology (ERAD),Visby, Island of Gotland, Sweden, (6-1) September 24. PASCUAL, R., Convective storm initiation in central Catalonia. Third European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology (ERAD),Visby, Island of Gotland, Sweden, (6-1) September 24. DALLAROSA, R. L. G., SENNA, R. C., SARAIVA, J. B. O projeto SIVAM, o SIPAM e a sua contribuição para a segurança da navegação aérea na Amazônia Legal. Boletim da Sociedade Brasileira de Meteorologia A Meteorologia e a Aeronáutica. Vol. 29, nº 3, nov.25. FARIAS, José Felipe da Silva; FOSTER, Paulo Roberto Pelufo. Simulação da trajetória de propagação de ondas eletromagnéticas utilizando dados de radiossondagem, In: III Congresso Cubano de Meteorologia, Havana (Cuba), 25. TEIXEIRA, M. da S., Atividade de Ondas Sinópticas Relacionada com Episódios de Chuvas Intensas na Região Sul do Brasil, Dissertação de Mestrado, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, 23.