ANÁLISE DOS PADRÕES CONVECTIVOS NA INTERRUPÇÃO DO FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA SOBRE O ESTADO DO RIO DE JANEIRO

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1 ANÁLISE DOS PADRÕES CONVECTIVOS NA INTERRUPÇÃO DO FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA SOBRE O ESTADO DO RIO DE JANEIRO Wagner Flauber Araújo Lima 1, Luiz A.Toledo Machado 1 1 Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Cachoeira Paulista, Brasil, wagner@cptec.inpe.br, machado@cptec.inpe.br RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo mostrar o comportamento dos padrões sinóticos e subsinóticos que atuaram sobre o estado do Rio de Janeiro, no período de janeiro/2 a março/27, e a sua ligação com a interrupção no fornecimento de energia elétrica pela empresa AMPLA. Neste estudo foram utilizadas as informações do modelo FORTRACC, imagens do canal 4 no infravermelho do satélite GOES-12 e as datas de ocorrência de dias críticos nos fornecimento de energia elétrica fornecidas pela empresa AMPLA do Estado do Rio de Janeiro. As análises subjetivas mostraram que os Sistemas Frontais são responsáveis por mais de % dos casos na interrupção no fornecimento de energia elétrica. Os estudos realizados com as saídas do programa Fortracc mostram que as atividades convectivas são os principais responsáveis pelos desligamentos da rede elétrica na região do Rio de Janeiro, onde 2, % dos sistemas detectados pelo FORTRACC ocorreram em dias com problema no fornecimento de energia elétrica no Estado do Rio de Janeiro. ABSTRACT: This work examines the behavior of the synoptic and sub-synoptic patterns occurred over state of Rio de Janeiro during the January/2 to march/27, and the relationship with the energy supply interruption from AMPLA Company. This study used the information from FORTRACC model, GOES-12 Satellite Imagery (Infrared Channel 4), and the dates of the critical day for the energy supply (interruptions) from AMPLA Company in State of Rio de Janeiro. The subjective analysis showed that % of the observed cases of light interruption were caused cold front systems. The analyses from FORTRACC model showed that the convectives activities are the mains responsible for energy interruption in Rio de Janeiro regions, where 2, % of the systems detected by the FORTRACC had occurred in days with problem in the energy supply in the State of Rio de Janeiro. Palavras-Chave: FORTRACC, Sistemas Convectivos, Fornecimento de energia elétrica, Atividades Convectivas, Padrões Sinóticos. 1. INTRODUÇÃO O aumento dos eventos extremos nos últimos anos vem despertando o interesse da comunidade meteorológica, devido aos grandes prejuízos causados por eles a sociedade. A ocorrência desses eventos vem geralmente associada a grandes períodos secos ou a precipitação intensa com forte rajadas de ventos. Para entender a ocorrência desses sistemas e para uma melhor previsão dos mesmos, é importante conhecer o ambiente sinótico preferencial para o seu surgimento, desenvolvimento, manutenção e dissipação. Assim, o presente trabalho tem como objetivo mostrar o comportamento dos padrões sinóticos e subsinóticos que atuaram sobre o estado do Rio de Janeiro, no período de janeiro/2 a março/27, e a sua ligação com a interrupção no fornecimento de energia elétrica pela empresa AMPLA. Para tanto, foram realizados estudos climatológico dos padrões sinóticos e sub-sinóticos das atividades convectivas que atuaram sobre o estado do Rio de Janeiro; estudo do comportamento sazonal das estruturas de nuvens convectivas detectados pelo programa FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters) desenvolvido pelo DSA/CPTEC/INPE (Machado et al. 18, Machado e Laurent, 24). Como descrito por Vila (24), o ForTrACC é um método automático para a documentação das características dos SCM através do seu ciclo de vida, utilizando informações dos canais térmicos dos satélites geoestacionários. Por fim, foi realizado uma análise das estruturas de nuvens convectivas que causaram interrupção no fornecimento de energia elétrica sobre o estado do Rio de Janeiro. Na segunda seção desse trabalho descreve os dados e a metodologia aplicada, na terceira parte são apresentados os resultados obtidos a partir das análises feitas na saída do FORTRACC e dos dias críticos fornecido pela Ampla, e por último são apresentadas às conclusões obtidas no trabalho.

2 2. DADOS E METODOLOGIA: Neste estudo foram utilizadas as informações de deslocamento e posicionamento dos sistemas convectivos provenientes da saída do modelo FORTRACC, as imagens do canal 4 no infravermelho do satélite GOES-12. As datas de ocorrência de dias críticos no fornecimento de energia elétrica para esse período foram fornecidas pela empresa AMPLA do Estado do Rio de Janeiro. Por essa razão, o presente estudo se limita aos dias nos quais houve ocorrência de dias críticos registrados pela empresa AMPLA. No total foram identificados 21 dias com estas características no período de janeiro de 2 a março de 27. A primeira etapa do trabalho foi caracterizar os padrões sinóticos e sub-sinóticos das atividades convectivas utilizando os dados de saída do programa Fortracc e as imagens do canal 4 no infravermelho do satélite GOES-12, correspondentes ao período janeiro de 2 a março de 27. A metodologia de trabalho desta etapa consistiu na identificação subjetiva de padrões de atividades convectivas através de observações de imagens do canal 4 do infravermelho (1.8 µm) do satélite GOES-12 e de campos com informações de organizações de nuvens convectivas geradas pelo programa Fortracc, desde 1 dia antes até 1 dia depois das datas selecionadas. Assim como, consultas nos boletins da Climanálise, que publicam os aspectos climáticos e sinóticos ocorrido durante o mês, esses boletins são publicados mensalmente e estão disponíveis no site: Posteriormente foi realizada uma análise no comportamento sazonal das estruturas de nuvens convectivas, detectadas pelo FORTRACC, que ocorreram sobre o estado do Rio de Janeiro, assim como a trajetória e deslocamento médio desses sistemas. Neste estudo foram utilizadas as informações de deslocamento e posicionamento dessas estruturas convectivas provenientes da saída do modelo FORTRACC no período de janeiro de 2 a setembro de 27. Por último, foi realizado um levantamento da ocorrência de atividades convectivas que causaram interrupção no fornecimento de energia elétrica sobre o estado do Rio de Janeiro e um estudo de caso para analisar a relação entre sistemas convectivos e os dias críticos no fornecimento de energia pela empresa AMPLA, com o intuito de prever e definir características atmosféricas que possam ajudar na monitoração e gerenciamento no desligamento da rede elétrica.. RESULTADOS.1. Padrões de atividades convectivas Nesta etapa foi realizada uma análise subjetiva em todos os 4 dias do período de janeiro de 2 a março de 27 com objetivo de observar os padrões de atividades convectivas em grande e mesoescala que atuaram sobre o estado do Rio de Janeiro, tomando como referência 4 tipos de eventos convectivos, são eles: Sistemas Frontais, Convecção Local, Pré-frontal e Pós-Frontal. A análise final de todos os dados resultou na figura 1a, onde são mostrados para cada tipo de evento o numero total de ocorrência (barras) e a porcentagem com relação ao numero total de todos os eventos ocorridos (linha). As ocorrências de atividades convectivas no estado do Rio de Janeiro no período analisado tiveram como principal forçantes os Sistemas Frontais, onde mais de % dos casos observados estavam ligadas as passagens de frente frias sobre o estado do Rio de janeiro. As convecções locais estavam presentes em 2,2 % dos casos analisados. Os sistemas Pré e Pós Frontal ocorreram apenas em,7 % e,81 %, respectivamente. Observa-se também que 27,2 % do total dos dias analisados não foram possíveis a identificação ou a visualização de convecção nas imagens analisadas. De acordo com os boletins da Climanálise durante o período de estudo foram observadas 7 atuações de frente fria sobre o país. Nesse mesmo período foram também observados 1 episódios da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), os quais favoreceram para um numero maior de casos associados a frente fria. As distribuições temporais para os eventos convectivos que ocorreram no estado do Rio de Janeiro no período analisado são mostradas na figura 1b, observa-se que a preferência das ocorrências dos eventos convectivos estão associados às estações da primavera e verão com picos nos meses de janeiro e fevereiro. Sendo assim, podemos concluir que para o período do nosso estudo o principal responsável pela presença de eventos convectivos no estado do Rio de Janeiro foram os sistemas frontais, sendo observado em mais de % dos dias observados.

3 Número de evento Freqüência (%) Número de Evento SF CL POF PRF 2 SF CL POF PRF N-OBS jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ ago/ Meses set/ out/ nov/ dez/ jan/7 fev/7 mar/7 Figura 1 Resumo estatístico para cada tipo de evento analisado para os dias selecionados, número de casos (barras) e Freqüência relativa (linha) para cada evento; Distribuição temporal para os eventos de Sistema frontal (SF), Convecção Local (CL), Pós-Frontal (POF), Pré-Frontal (PRF) e Não Observado (N-OBS)..2. Comportamento sazonal das estruturas de nuvens convectivas detectados pelo FORTRACC sobre o estado do Rio de Janeiro O programa Fortracc segue estruturas de mesoescala sejam eles sistemas convectivos ou estruturas convectivas embebidas em sistemas frontais. Assim os Sistemas Convectivos de Mesoescala detectados pelo programa Fortracc são organizações de nuvens convectivas provenientes dos padrões de atividades convectivas definidas na seção.1. sendo assim, esta fase mostra o comportamento sazonal da ocorrência dos Sistemas Convectivos de Mesoescala detectados pelo programa Fortracc (SCM-Fortracc), que atuaram sobre o estado do Rio de Janeiro, assim como a trajetória e deslocamento médio desses sistemas. Neste estudo foram utilizadas as informações de deslocamento e posicionamento dos SCM-Fortracc no período de janeiro de 2 a setembro de 27. Durante o período analisado o FORTRACC conseguiu rastrear 1877 sistemas convectivos sobre a área de estudo (fig. ), sendo que 87 (42,%) sistemas no ano de 2, 8 (,77%) em 2 e 81 em 27 (2,24%). A figura 2a mostra à evolução temporal da ocorrência de sistemas convectivos sobre a região de estudo para os meses do ano de 2 até setembro de 27. Na figura 2a é possível observar uma periodicidade na ocorrência de sistemas convectivos, onde os valores de máxima e mínima ocorrência coincidem com as estações de verão e inverno, respectivamente, com regiões de transições, coincidindo com outono e primavera. A distribuição horária de atuação dos SCM-Fortracc sobre a área de estudo no período de analisado é mostrada na figura 2b. Observa-se que os sistemas convectivos ocorrerem a qualquer hora do dia, porém com preferência no período das 1: GMT às 2: GMT, com o máximo às 18: GMT. O favorecimento para ocorrência de sistemas convectivos nesses horários é devido ao aquecimento radiativo e a grande quantidade de umidade provida do mar, gerando áreas de instabilidades sobre a região. Numero de Sistemas Convectivos jan/ mar/ mai/ jul/ set/ nov/ jan/ mar/ mai/ meses jul/ set/ nov/ jan/7 mar/7 mai/7 jul/7 set/7 Frequência Relativa (%) Horas (GMT)

4 Figura 2 Evolução temporal da ocorrência de SCM-Fortracc para os meses do ano de 2 até setembro de 27; Distribuição horária da Freqüência relativa de ocorrência de SCM-Fortracc durante o período de janeiro de 2 a setembro de 27. A figura mostra as trajetórias e velocidades médias de deslocamento dos SCM-Fortracc atuante sobre a região de estudo no período analisado, foi utilizada uma grade de 2 km x 2 km. Observa-se que a direção de propagação dos sistemas convectivos é do interior do continente para o oceano, seguindo o mesmo deslocamento dos sistemas frontais. Através desse estudo foi possível observar a sazonalidade de ocorrência de SCM-Fortracc sobre o estado do Rio de Janeiro. Assim como, os meses e horários de preferências de ocorrência desses sistemas e suas trajetórias e deslocamento médio durante o período de estudo, que em geral estão associados à passagem de sistemas frontais como foi visto no estudo de padrões de atividades convectivas em grande e mesoescala. Figura - Trajetórias e velocidades médias de deslocamento dos SCM-Fortracc para o período de janeiro de 2 a setembro de Análise dos Padrões Convectivos que causaram interrupção no fornecimento de energia elétrica sobre o estado do Rio de Janeiro Esta etapa tem como objetivo mostrar a influência dos padrões convectivos na interrupção no fornecimento de energia elétrica sobre o estado do Rio de Janeiro. Neste estudo foram utilizados as informações de deslocamento e posicionamento dos SCM-Fortracc e os dias críticos no fornecimento de energia elétrica para o período de janeiro de 2 a março de 27, fornecidos pela empresa AMPLA do Estado do Rio de Janeiro. A figura 4a mostra à evolução temporal mensal da ocorrência de SCM-Fortracc sobre a região de estudo (fig. ), de janeiro de 2 até março de 27. A área vermelha mostra a distribuição mensal total dos SCM-Fortracc que ocorreram em todo o período na região do Rio de Janeiro, enquanto a área laranja mostra a distribuição mensal dos SCM-Fortracc, para a mesma região, para apenas os dias considerando críticos no fornecimento de energia elétrica. Observa-se boa parte dos SCM-Fortracc na região estão associados aos dias de desligamentos. De forma geral, pode-se concluir que a maioria dos desligamentos está relacionada com as organizações de nuvens conforme determinadas pelo Fortracc. Numero de Sistemas Convectivos jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ SC-TOTAL jun/ jul/ ago/ Meses set/ out/ SC - Dias Críticos nov/ dez/ jan/7 fev/7 mar/7 Frequência (%) SF CL POF PRF Figura 4 Evolução temporal da ocorrência de SCM-Fortracc para os meses do ano de 2 até março de 27 sobre a região de estudo. Área em vermelho considera todos os SC do mês; Área em laranja considera o número de SCM-Fortracc apenas no dias críticos; Freqüência de ocorrência para Sistemas Frontais (SF), Convecção Local (CL), Pós-Frontal (POF) e Pré-Frontal (PRF), para os dias críticos. De acordo com o período analisado o FORTRACC conseguiu rastrear 47 sistemas convectivos, sendo que 7 destes sistemas estavam associados aos dias críticos. Sendo assim, 2, % do total desses sistemas podem ter causado desligamento da rede elétrica no Estado do Rio de Janeiro no período analisado. Sendo que, desses 2, % mais de % estava associado às passagens de sistemas frontais, como mostra a figura 4b. Esta

5 figura apresenta a freqüência de ocorrência dos padrões convectivos. conforme definidos na seção.1, Sistema Frontal (SF), Convecção Local (CL), Pós-Frontal (POF) e Pré-Frontal (PRF) considerando apenas os dias com interrupção no fornecimento de energia elétrica do estado do Rio de Janeiro discutido e analisado na primeira etapa. A figura a evidencia bem a relação entre passagem de frentes frias e dias com interrupção na rede elétrica. Essa figura apresenta a distribuição mensal dos números de dias com eventos de frentes frias e a distribuição mensal dias críticos no fornecimento de energia elétrica. Nota-se que a ocorrência de Frentes está em fase com a ocorrência de situações críticas no fornecimento de energia. 27 Dias Críticos SF 27 1 Numero de Eventos de S. Frontal Numero de Dias Críticos Frequência Relativa (%) jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ ago/ set/ Meses out/ nov/ dez/ jan/7 fev/7 mar/ Horas (GMT) Figura Distribuição temporal para Sistemas Frontais (SF) e Distribuição temporal do número de dias críticos (Dias Críticos) no fornecimento de energia, para o período analisado; Distribuição horária da Freqüência relativa de ocorrência de SCM-Fortracc durante o período de janeiro de 2 a setembro de 27. A distribuição horária de atuação dos SCM-Fortracc que causaram pane na distribuição elétrica sobre a área de estudo no período de analisado é mostrada na figura b. Observa-se que os sistemas convectivos podem ocorrer a qualquer hora do dia, porém com preferência no período das 1: GMT às 22: GMT, com o máximo às 18: GMT. Esses resultados foram bastante semelhantes ao encontrado na figura 2b, quando considerado o período de 2, 2 e 27. Evidenciando o favorecimento para ocorrência de sistemas convectivos nesses horários é devido ao aquecimento radiativo e a grande quantidade de umidade provida do mar, gerando áreas de instabilidades sobre a região. 4. CONCLUSÕES Através desse estudo foi possível analisar qualitativamente e quantitativamente as possíveis causas das ocorrências das situações críticas encontradas pela empresa de energia AMPLA no estado do Rio de Janeiro. Os estudos realizados com as saídas do programa Fortracc mostram que as atividades convectivas são os principais responsáveis pelos desligamentos da rede elétrica na região do Rio de Janeiro. Em torno de % dos SCM- Fortracc que atuaram na região do Rio de Janeiro causaram desligamentos da rede elétrica. No período de estudo os sistemas frontais foram os principais forçantes dos SCM-Fortracc responsáveis pela interrupção no fornecimento de energia no estado do Rio de Janeiro. A maior ocorrência de SCM-Fortracc é no período compreendido entre o final da tarde e início da noite. O programa FORTRACC mostrou ser uma ferramenta adequada para ajudar nas decisões de gerenciamento do desligamento de energia elétrica. Para o monitoramento nota-se que é fundamental acompanhar a evolução da temperatura do topo e da taxa de crescimento da área de cobertura de nuvens convectivas. O trabalho de análise será continuado visando entender os padrões de variação dos sistemas convectivos e avaliando a performance das previsões do Fortracc. Para tanto serão necessárias as informações mais detalhadas a cerca dos eventos, tais como hora e latitude e longitude. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a AMPLA por fornecerem os dados de desligamento da rede elétrica do Rio Janeiro.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MACHADO, L., A., T.; W. B. Rossow, R. L. Guedes e A. W. Walker, 18: Life cycle variations of mesoscale convective systems over the Americas. Mon. Wea. Rev., Vol 12, pp

6 MACHADO, L., A., T.; Laurent, H. The convective system area expansion over Amazonia and its relationships with convective system life duration and high-level wind divergence. Monthly weather review, v. 12, n. 4, p , 24. VILA DA. 24. Sistemas Convectivos Precipitantes de Mesoescala sobre Sudamérica: ciclos de vida y circulación en gran escala asociada. Tesis de Doctorado. FCEyN-UBA. 12 pp.