613 ESTIMATIVAS DE FLUXOS CONVECTIVOS DE CALOR E UM1DAJ IE NO PERlODO INTENSIVO EM BAURU (SP) Mnria Aurora Santos da Mota (Departamento de Meteorologia - CG -- UFlJa. C.P.11311) Pedro Leite da Silva Dias (Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG - USPJ ABSTRACT It was used in this papel' data of the intensive period of de Second Experiment of RADASP that was held in Bauru(SP). About six daily radiosondes were accomplished in this period. Using the Theory of Arakawa and Sohubert (1974), it was obtained from this data flux os mass, heat and humidity for 10 and 14 local time (LT). The study Buggests that at 10 LT only shallow olouds are posbible. Shallow clouds and non~precipitating cumulus caracterized the 14 LT period. Those kind of clouds are necessaries to the development of profound clouds and to mantain the humidity of the air. The mass flux values are large at 14 LT, this means that the mass flux increases when the convective activity a1so increases. 1. Introdução Algums fatores que governam o desenvolvimento das nuvens cumuliformes dependem significativamente da organizaç~o da circulação de grande escala, pois mesmo no topo da camada de mistura a atmosfera tropical mé'dia não é saturada. Logo, a parcela tem que ser forçada a subir antes de ficar com empu; :o positivo. Por outro lado, a convecção organizada tam~~m modifica a circulação em grande escala (Riehl,1979). Portanto, deve ocorrer uma intensa interação entre as escala. Estimativas de transporte convectivos de calor e umidade por nuvens cumulus, e balanço de calor e umidade ('m regi~es oceânicas tropicais e sub-topicais foram analisadas por muitos autores (Yanai et all,1973; Ogura & Cho,1973; Nitta & Esbensen,1973; Lord & Arakawa,1980), nesses trabalhos se fazem presente a necessidade de se conhecer melhor a termodinâmica ria atmosfera, pricipalmente a natureza da convecção atmosfél'ica e a interação entre a escala de nuvens cumulus e o movimento ele meso e grande escala, em regi~es tropicais continentais. Este trabalho faz estimativa do Fluxo de calor e umidade para o perlodo de 22 a 28 de janeiro de 1983 em Bauru, analisando os aspectos mais significativos da contribuiç~o desses fluxos no que diz respeito a interação entre a escaja das nuvens cumulus e a circulação de grande escala.
614 2. Dados e Metodologia Os dados são da semana de 22 8. 28 de jéhlf'lr'o de 18U:I, do Projeto RADASP 11, experimento meteorlógico 11 real iz.ctdo"m Bauru(SP). Neata semana foram lançadas cerca de Deir: «(li'i) radiossondas diariamente, com intervalo de quatro (04) hor;ls entre elas. Para determinação dos fluxos de calor e llmidade associados a convecção cumulus, foram calculados os termos dns equaçeses de continuidade de massa, energia estática f;eca e vapor d'água para o anlbiente de grande escala, deduzid;"ls pljr Hack et alii (1984), baseado na teoria de Arakawa & Sc' hube r't (1974),como segue; com, R = onde, ( 1 ) (2) (3) V w Qr S l R c e q+l L (-) (, ) 'V." + de;; = O ôp asl + ".'ISi + w ôsl = ~ ap ô(q+t) + V.V(q+l) + e;; ô(~) = ôt ôp c - e Qr + LR - â (w - Si - ) d.p -R - ôw' ( q -+l' ) ôp - Equação da Continuidade de Massa; Equação da Continuidade de Energia Estática Seca: Equação da Continuidade de Vapor d'água; é a velocidade horizontal; é a velocidade vertical da grande escala; é o aquecimento devido a radiação; é a energia estática seca; é a razão de mistura da água liquida; é a razão de conversão da água por unidade de altura; liquida em precipit~ção é a razão de evaporação das gotas da nuvem; é a razão de condensação por unidade de massa; é o total de água dispon1 vel na parcela; é o calor latente de evaporação (2500000 J/Kg); é a média de Reynolds na área; é a variação em torno da média (perturbação). ( ] ) o movimento vertical de grande escala é entre as correntes ascendentes nas nuvens descendentes no meio ambiente, entre as células fluxo de massa médio através de uma unidade de determinado nlvel é dado por; a média obtida cumulus e ':i 8 convectivas. O área para um onde, Mp(p) "" = (1ft wfs g (1p é a fração da área coberta por nuvens que perdem () em[ uxo "" em p;. (4 )
615 w~ é a velocidade vertical t.1. pica dentro das nuvens C(lm tl)po no nlvel p. é o fluxo vel'tioal de masaa. total num determinado Jlt vel. dado por, Me (p) = r: Mpi.(p) i onde i é a i-éssima nuvem do modelo. (5 ) A diferença entre o fluxo de massa das nuvens (Me) e f) fluxo de massa do ambiente de grande escala (~/g -- -w) constitui-se no fluxo descendente entre as nuvens, -M = Me - w. 3. Resultados A Fig.01 mostra o perfil vertical ~dio do fluao dpmassa (Mel, O fluxo médio da grande escala M e o fluxo de mass:l resl.dual M, para ãs 10:00 horas local (HL). Nota-se. que r.l movimento vertical ~dio é dominado pela componente turbulenta. já que Me é predominantemente ascendente, sugerindo que upenas nuvens rasas são poss.1. veis para o horário. A Fig.02 mostra o perfil vertical médio às 10:00 horas local (HL) do efeito das nuvens cumulus no balanço de energia o estática seca (expressa em C/h), ou seja a interação entre as nuvens cumulus e o melo ambiente, onde D(Fs-Ll)/Dp representa o aquecimento devido a convecção cumulus e LR é o aquecimento produzido pela precipitação. Percebe-se que ocorre aquecimento na atmosfera até aproximadamente 825 mb e, a partir desse nlvel tem-se resfriamento do ambiente. Já o termo LR produz aquecimento até cerca de 630 mb. A Fig.03 mostra o perfil vertical ~dio para às 10:01) horas local (HL), do efeito das nuvens cumulus na balanço de vapor d'água expresso em g/kg/h, onde D(Fq+l)/Dp representa a variação de vapor d 'ãgua devido aos cumulus e R é a modificação de vapor d'ãgua devido a precipitação. Percebe-se pequena secagem na baixa troposfera e um umidecimento em quase todo resto do perfil, ou seja as nuvens rasas atuam como agente aquecedor da atmosfera nos primeiros niveis e como agente resfriador no resto da atmosfera. Observando o perfil vertical do fluxo de massn Me, fluxo da grande escala H e fluxo de massa residual no ambiente M, para às 14 horas local (HL), (Fig.04), verifica-se que Me é maior que H em todo perfil, ou seja o fluxo de massa nos cumulus ativos é maior que o fluxo de massa requerido pela converg~ncia horizontal da grande escala. Confirma-se desta maneira que as 14 HL existem correntes descendente entre as nuvens, que secam e aquecem o ambiente por compressão adiabática, e correntes ascendentes nas nuvens mais altas que resfriam e umidecem o ambiente. Isto é confirmado ao se analisar o efeito dos cumulus no balanço de energia estática seca (Fig.05), onde existe um aquecimento nos primeiros niveis e resfriamento no resto do perfil. Enquanto que o efeito das
616 200 300 ~o 700 872., fi -1.00 o 100 b." I D'''''' fi li f, 'e li ""f'" I.r. II "," L 100 /411. f " f ",. 100 200 300 ~o 700 -!;-'. L t 800 672 pi. fi -0.2-0.1...", fe 0.2.... 0.8 0/11 II f. e,.,. te."'u,...r. II "!" L,',....)... ::::;
617 nuvens cumulus no balanço de vapor d'água (Fig.06), mostra secagem na baixa troposfera e umidecimento nos n1veis mais altos. Mais uma vez fica caracterizado que as nuvens ras:\ atll,.tm como agente aquecedor nos primeiros niveis da atmosfera e como agente resfriador através da evaporação das gotas das nuvens no ambiente nos niveis acima. Os fluxos de massa na base da nuvem, durante o perlodo intensivo, tem valores de 5,9 mb/h às 10 HL e 9,9 mb/h às 14 HL, mostrando que Me na base da nuvem aumenta à tarde, ou seja, aumenta com o aumento da atividade convectiva. Resultados semelhantes foram encontrados por Silva Dias (1987) através do diagnóstico do fluxo de massa na base da nuvem pelo balal~o da vorticidade em mesoescala, e por Oliveira (1986) que fez o cálculo do fluxo de massa utilizando um modelo de camnda de mistura, para o mesmo per1odo. 4. Conclusão Verificou-se que às 10 HL o movimento vertical media da grande escala foi dominado pela componente turbulenta, sugerindo que apenas nuvens rasas podem existir, o que é confirmado pela análise da instabilidade da atmosfera nesse horário. Já às 14 HL, o fluxo de massa é maior que o fluxo requerido da convergência horizontal da grande escala, causando correntes descendentes, entre as células convectivas que aquecem e secam o ambiente. Para manter a umidade do ar e ajudar no desenvolvimento de nuvens profundas, é necessário que nuvens rasas e cumulus não precipitantes coexistam com cumulus profundos (cumulunimbus). Além disso foi constatado que o fluxo de massa na base das nuvens aumenta com o aumento das atividades convectivas, visto que Mc foi maior às 14 HL que às 10 HL. 5.Bibliografia ARAKAWA, A. & W. H. SCHUBERT. InterBction Df Ensemble wi tl1 the Large-Scale Enviz'oment. Atmospheric Sciences. 31, 674-701, 1974. a CUJJJl.1lus Cloud Journal of tha HACK, J. J., W. H. SCHUBERT and P. L. SILVA DIAS. A Spectr~l CUllJulus Par8llJeterization foi' use in Numerical Models of the TropicBl AtllJospl1ere. Monthly Weather Review, 112, 704-718, 1984. LORD, S. J. & A. ARAKAWA. Il1terBction Df a CumuluB Cloud Ensemble witl1 the LBrge-ScBle Enviroment. PBrt II, Journal of the Atmosferic Sciences, 37, 2677-2692, 1980. OLIVEIRA, A. P. EvolU;ão Diuz'nB Implic8Çê:5es nb QUBlidBde do AI'. USP, 1986. db Tese Camada de Mistura de Mestrado. TAG e SILVA DIAS, M. A. F. Some IlpplipBtions of tl1e Mer:roscél.le VOl'tici ty Budget. IV CONGREMET & I I Congresso Interamericano de Meteorologia, Buenos Aires, 1987.
SESSÃO 98 - ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA