ANÁLISE TERMODINÂMICA DAS SONDAGENS DE CAXIUANÃ DURANTE O EXPERIMENTO PECHULA. Dayana Castilho de Souza 1, Maria Aurora Santos da Mota 2, Júlia Clarinda Paiva Cohen 3 RESUMO Os dados utilizados neste estudo foram coletados durante o Experimento Período Chuvoso no Leste da Amazônia (PeChuLA), realizado no período de 08/04/02 à 22/04/02 na Estação Científica Ferreira Pena em Caxiuanã - PA (01 42 30 S, 051 31 45 W). Nessa pesquisa as sondagens foram classificadas verificando as características termodinâmicas da atmosfera em associação com a precipitação ocorrida e a diferença entre os perfis de (θ e ) e (θ es ), conforme Betts (1974) e posteriormente adaptada para Belém por Ribeiro e Mota (1994). Na maioria dos horários do experimento não ocorreu precipitação. No dia 21 de abril as 15 HL ocorreu a máxima precipitação (14,4 mm), a qual representou 24,6 % da precipitação total ocorrida durante o período da campanha. Na análise da série de 28 sondagens foi observado que 42,9 % das sondagens estão classificadas no Regime Convectivo I (Seco), 53,6 % no Regime Convectivo II (Convecção Diurna) somente uma sondagem está classificada no Regime Convectivo IV (Distúrbio) e não houve nenhuma sondagem classificada no Regime Convectivo III (Convecção Elevada). Então a estrutura termodinâmica da atmosfera variou de acordo com a atividade convectiva presente, com os perfis verticais de ( θ e ) e ( θ es ) variando conforme o tipo de nuvens convectivas presentes. ABSTRACT The research made the thermodynamic classification of soundings from Amazonian East Rainy Period Experiment (PeChuLA) in Caxiuanã, Brazil (1 42 30 S, 51 31 45 W). It was analyzed for the period 8 April 2002 through 19 April 2002. In this research was used the method of Betts (1974) and after adapted by Ribeiro e Mota (1994), what the soundings are classified according the atmosphere thermodynamic characteristic in association with the precipitation that happened in the period. Most of hours there are not precipitation and the greater value was of 14,4 mm. In general the atmosphere was stable with 42, 9 % of soundings classified in the convective regime I (dry), 53,6 % in the convective regime II (diurnal convection), 3,6 % in the convective regime IV (disturbed), (enhanced convection) and there is not any sounding classified in the convective regime III (enhanced convection). Palavra Chave: Radiossondagens, Amazônia, Termodinâmica. TP1 Aluna de Graduação do Curso de Meteorologia e Bolsista de Iniciação Científica: dayanacastilhos@gmail.com. 2 Professor Adjunto - Departamento de Meteorologia - CG - UFPa email: aurora@ufpa.br. 3 Professor Adjunto - Departamento de Meteorologia - CG - UFPa email: jcpcohen@ufpa.br
INTRODUÇÃO Na Amazônia, a característica da nebulosidade é de nuvem cumuliforme resultante, principalmente, da liberação de calor latente, uma vez que existe grande quantidade de umidade e calor sendo transportado verticalmente na atmosfera. Devido ao estado turbulento da atmosfera, essas nuvens cumulus, muitas vezes se desenvolvem atingindo a tropopausa formando assim as nuvens cumulonimbus. O desenvolvimento, o movimento e o declínio dessas nuvens constituem um importante elo na manutenção da circulação geral atmosfera (Riehl, 1979). Ou seja, as nuvens cumulus fornecem o calor necessário para movimentar a circulação de grande escala e as perturbações de grande escala produzem a convergência essencial para alimentar a convecção cumulonimbus. A estrutura termodinâmica da atmosfera apresenta, geralmente, um ciclo diurno bem definido com aquecimento durante o dia e resfriamento durante a noite e madrugada, o qual está associado à transferência de energia proveniente da radiação solar e da quantidade de água presente na atmosfera (Betts, 1973). Em região tropical, essa estrutura é muito influenciada pelo alto teor de umidade contido na atmosfera tanto que em dias chuvosos a mesma é mais fria que nos dias secos (Riehl et al, 1973, Betts, 1974). Betts (1974) sugere que atmosfera pode ser classificada conforme a atividade convectiva presente e Aspliden (1976) mostrou que a atmosfera tropical pode ser classificada em modos usando a análise da variação vertical da temperatura potencial equivalente. O objetivo do trabalho é fazer a classificação termodinâmica das sondagens de Caxiuanã, durante o período chuvoso conforme proposto por Betts (1974). MATERIAIS E MÉTODOS Os dados utilizados neste estudo foram coletados durante o Experimento Período Chuvoso no Leste da Amazônia (PeChuLA), realizado no período de 08/04/02 à 22/04/02 na Estação Científica Ferreira Pena em Caxiuanã (01 42 30 S, 051 31 45 W), que é uma reserva florestal localizada no leste do Estado do Pará no município de Melgaço (Figura 1).
Figura 1 Localização Geográfica de Caxiuanã - PA Durante o período do experimento foram lançadas diariamente 4 radiossondas, sempre que possível, nos seguintes horários sinóticos: 00, 06, 12 e 18 UTC, utilizando o sistema VÄISÄLA RS 80 15 G, o que totalizou 28 sondagens. Também foi coletada a precipitação ocorrida de dez em dez minutos. Para fazer a classificação das sondagens foram calculadas a temperatura potencial equivalente (θ e ) e temperatura potencial equivalente saturada (θ es ), utilizando as equações propostas por Betts (1973), e posteriormente modificadas por Bolton (1980). 3,376 θ = exp 0,00254 (1 + 0,81 10 3 e θ r x r) T L θ es = θ exp( 2,64rs / TK ) onde, T L - temperatura absoluta no nível de condensação por levantamento. TK = temperatura do ar em (K). r- razão de mistura saturada. r - razão de mistura saturada. s As sondagens foram classificadas verificando as características termodinâmicas da atmosfera em associação com a precipitação ocorrida e a diferença entre os perfis de (θ e ) e (θ es ), conforme Betts (1974) e posteriormente adaptada para Belém por Ribeiro e Mota (1994). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 2 apresenta a variação temporal da precipitação ocorrida em Caxiuanã durante o período chuvoso, pode ser verificado que na maioria dos horários do experimento, a precipitação foi inferior a 2 mm, onde aproximadamente 57 % dos horários não ocorreu precipitação. No dia 21 de
abril as 15 HL ocorreu a máxima precipitação (14,4 mm) que representou 24,6 % da precipitação total ocorrida durante o período da campanha. Outra característica que pode ser observada é que a maioria das precipitações ocorreram no período da tarde e noite entre 15:00 e 21:00 HL, o que caracteriza a forte atividade convectiva na região. Variação Temporal da Precipitação em Caxiuanã periodo Chuvoso PRP (mm) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 PRP 8/4/2002-3 8/4/2002-15 9/4/2002-3 9/4/2002-15 10/4/2002-3 10/4/2002-15 11/4/2002-3 11/4/2002-15 12/4/2002-3 12/4/2002-15 13/4/2002-3 16/4/2002-9 16/4/2002-21 17/4/2002-9 17/4/2002-21 18/4/2002-9 18/4/2002-21 19/4/2002-9 19/4/2002-21 20/4/2002-9 20/4/2002-21 21/4/2002-9 21/4/2002-21 22/4/2002-9 22/4/2002-21 Data e Hora Local Figura 2 - Variação Temporal da Precipitação corrida em Caxiuanã durante o experimento PeChuLA. A tabela 1 apresenta a classificação dos regimes convectivos e chuva ocorrida durante o período estudado. Na análise da série de 28 sondagens foi observado que 42,9 % das sondagens estão classificadas no Regime Convectivo I (Seco), 53,6 % no Regime Convectivo II (Convecção Diurna ), somente uma sondagem está classificada no Regime Convectivo IV (Distúrbio) e não houve nenhuma sondagem classificada no Regime Convectivo III (Convecção Elevada). Tabela 1 - Classificação das sondagens de Caxiuanã de acordo com os regimes convectivos durante o experimento PeChuLA. Regime Convectivo Precipitação (mm) Número de. dias Número de Sondagens I Seco <0,3 5 12 II Convecção Diurna 0,3 1,2 4 15 III Convecção Elevada 1,2 5,0 0 0 IV - Distúrbio > 5,0 1 1 Na análise do perfil vertical da temperatura potencial equivalente (θ e ) e temperatura potencial equivalente saturada (θ es ) para a época chuvosa (Figura 3), se verifica que no Regime I (Seco), as
sondagens estão muito estáveis com o nível de condensação por levantamento (NCL) em torno de 675 hpa (base da nuvem). Para o regime II (Convecção Diurna), o perfil atmosférico se apresenta mais úmido que o anterior com NCL em aproximadamente 675 hpa e NE em 250 hpa. Tanto o regime I quanto o regime II estão caracterizados no modo I da classificação de Aspliden (1976) significando convecção extremamente desfavorecida, com possibilidade de ocorrência somente de nuvens cumulus humilis. A única sondagem classificada no Regime IV (Convecção Distúrbio) apresenta as curvas de θ e e θ es muito próximas já que θ e fica com valor bastante alto na situação de distúrbio. Segundo Aspliden (1976) os valores de θ e são maiores ou iguais à 335 K, o que caracteriza o modo VI de convecção úmida profunda, com nuvem cumuloninbus e chuva pesada. A sondagem também apresenta grande instabilidade, (área positiva muito grande) com o NCL em torno de 950 hpa e NE em torno de 190 hpa. 150 250 Pressão (hpa) 350 450 550 650 θe θes 750 850 950 326,0 336,0 346,0 356,0 366,0 Temperatura Potencial Equivalente e Temperatura Potencial Equivalente Saturada (K) Seco Convecção Diurna Distúrbio Figura 3 - Perfil vertical de temperatura potencial equivalente (θ e ) e temperatura potencial equivalente saturada (θ es ) de Caxiuanã para os três regimes convectivos: seco, convecção diurna e distúrbio.
CONCLUSÃO Durante o período do experimento foi verificado que a maioria da precipitação ocorreu no período da tarde e noite entre 15:00 e 21:00 HL caracterizando a forte atividade convectiva na região. A maior precipitação foi de 14,4 mm representando 24,6 % da precipitação total ocorrida durante o período da campanha. Na análise da temperatura potencial equivalente ( θ e ) e temperatura potencial equivalente saturada ( θ es ) foi observado que na maior parte do experimento a atmosfera esteve estável. Na classificação das sondagens 42,9 % estão no Regime Convectivo I (Seco), 53,6 % no Regime Convectivo II (Convecção Diurna), não houve nenhum dia classificado no regime convectivo III (Convecção Elevada) e 3,6% das sondagens classificadas no Regime Convectivo IV (Distúrbio). Então a estrutura termodinâmica da atmosfera variou de acordo com a atividade convectiva presente, com os perfis verticais de ( θ e ) e ( θ es ) variando conforme o tipo de nuvens convectivas existentes. AGRADECIMENTOS Esta pesquisa foi financiada pelo CNPq/Instituto do Milênio e pela SECTAM/PRONEX. A autora agradece ao PIBIC/CNPq pela bolsa de iniciação científica concedida; os autores agradecem a todos os participantes do Experimento PeChuLA. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aspliden, CI. A classification of the structure of the tropical atmosphere and related energy fluxes. Journal of Applied Meteorology, v. 15, p. 692-697, July 1976. Betts, A.K. Thermodynamic classification of tropical convective soundings, Mon. Wea. Rev., v. 102, p. 760-764, 1974. Betts, A.K. Non-precipitating cumulus convection and its parameterization, Quart. J. R. Met. Soc., v. 99, p. 178-196, 1973. Bolton, D. The computation of equivalent potential temperature, Mon. Wea. Rev., v. 108, p. 1046-1053, 1980. Ribeiro, J.B.M. e MOTA, M.A.S. - Classificação termodinâmica para atmosfera de Belém-PA para o ano de 1987. Anais do VIII Congresso Brasileiro de Meteorologia e II Congresso Latino- Americano e Ibérico de Meteorologia, 1994, p. 272-275. Riehl, H, L. Cruz, M. Mata, e C. Muster. Precipitation Characteristics during the Venezuelan Rainy Season; Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 1973, 99, 746 757. Riehl, H, L. Climate and weather in the tropics. Academic Press Inc., New York, 1979