MODELAGEM DE BRISAS E CIRCULAÇÃO VALE-MONTANHA PARA O VALE DO PARAÍBA E LITORAL UTILIZANDO O RAMS Jojhy Sakuragi e Leticia Helena de Souza Laboratório de Meteorologia UNIVAP Rua Paraibuna, 75 Centro - São José dos Campos, SP CEP: 12245-020 (jojhy@univap.br e leticia@univap.br) ABSTRACT The objective of this paper is to present the simulation of breeze (ocean and mountain) atmospheric circulation over Vale do Paraíba and Litoral, using RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Surface contour such as land/water portion, vegetation type and topography was introduced over 4x4 km grid obtained from MAVALE Project. The interaction of different systems added the complex surface structures is presented in the results of RAMS simulations. Some configurations of breeze fronts after 20 hour integration indicate the possibility existence of thunderstorm area such as observed in real situation. 1. INTRODUÇÃO O regime de precipitação na região do Vale do Paraíba e Litoral é bastante particular devido às suas características topográficas. O vale é circundado por duas serras, a Serra da Mantiqueira a noroeste onde o pico mais alto atinge 2400 m e, a Serra do Mar a sudeste, com 2000 m. Os sistemas que atuam nessa região são: as circulações de brisa vale-montanha e brisa marítima, os sistemas convectivos e os sistemas sinóticos. Nos primeiros estudos realizados sobre a região, a precipitação ocorre devido a forçante orográfica e apresenta um gradiente intenso na Serra do Mar e um segundo gradiente na Serra da Mantiqueira, mas de intensidade menor, pois parte da umidade ficou retida na primeira formação. Este fato pode ser verificado na Figura 1 onde é apresentada a distribuição da normal climatológica da precipitação (Perrella, 1999) calculado no período de (1966-1997) sobre a topografia do Vale. Figura 1 Distribuição espacial da precipitação no Vale do Paraíba e Litoral Norte. 1618
A penetração da brisa marítima, em hipótese, seria facilitado pela existência de uma região com baixa elevação na Serra do Mar, próximo a Caraguatatuba (ponto 73 na Figura 1 ou coordenadas 23,6ºS e 45,5ºW), formando uma canalização de ventos fortes e úmidos para a região de São José dos Campos (SJC na Figura 1). Este canal tem elevação em torno de 700 m (300 m abaixo dos cumes vizinhos). Entretanto, é necessário um estudo mais aprofundado utilizando-se de um modelo com alta resolução espacial coerente com a complexidade da superfície apresentada pela região. A compreensão da dinâmica desses processos contribui para o entendimento e melhoria da qualidade da previsão de tempo em escala regional. Assim, o objetivo deste trabalho é apresentar alguns aspectos da circulação atmosférica do Vale do Paraíba utilizando o modelo de mesoescala RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). 2. PARAMETRIZAÇÃO DA SUPERFÍCIE As condições de contorno da superfície como topografia, vegetação, porcentagem terra/água são forçantes importantes e devem ser descritas com a mesma resolução espacial do modelo para que a mesma apresente simulações coerentes. O levantamento das características superficiais do Vale do Paraíba e Litoral para a resolução de 4x4 km, envolvendo a área de estudo foi baseado no mapa de ocupação de solo do Projeto Macrozoneamento da região do Vale do Paraíba e Litoral Norte do Estado de São Paulo (MAVALE) (Kurkdjian et al., 1992). A área de estudo foi dividida em pequenas áreas de 4x4 km e a porcentagem terra/água foi calculada qualitativamente sobre essa área de 16 km 2. O resultado é apresentado na Figura 2. Figura 2 Porcentagem Terra/água para a área de estudo com resolução de 4x4 km. Fonte: Adaptado de Souza e Sakuragi (1999). As áreas hidrográficas estão bem representadas mesmo diminuindo a resolução espacial para 4x4 km. O Rio Paraíba do Sul, as represas, a faixa litorânea e inclusive as ilhas estão bem delineadas. A escala em tons de azul na parte inferior do gráfico indica a porcentagem de terra/água em uma área de 16 km 2. Aproveitando-se a mesma divisão de áreas ou escala, foi extraído do Projeto MAVALE a cobertura vegetal adaptando-se a legenda utilizada pelo RAMS. O resultado final é apresentado na Figura 3. 1619
Figura 3 Vegetação do Vale do Paraíba (Souza e Sakuragi, 1999). A área de ocupação urbana está um pouco superestimada devido a resolução adotada (4x4 km), assim como as áreas de vegetação nativa ou Mata Natural. No último levantamento feito por satélite Landsat-5 (INPE, 2000), a vegetação nativa ocupa uma área menor, comparado qualitativamente. 3. RAMS (REGIONAL ATMOSPHERIC MODELING SYSTEM) O RAMS foi desenvolvido pela Universidade do Estado do Colorado para a simulação e previsão de fenômenos meteorológicos em mesoescala (Walko et al., 1995). O modelo é baseado nas equações dinâmicas primitivas que governam os movimentos atmosféricos. Algumas adaptações e correções realizadas no DCA/IAG/USP (Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo) foram incorporadas à versão instalada no IBM SP2 da Faculdade de Computação da UNIVAP. A versão processada é o RAMS 3b, versão antiga do software que não utiliza a técnica de processamento paralelo, embora o SP2 da UNIVAP possua 4 processadores (ou nós). As principais configurações do RAMS foram: pontos de grade: 63 em X; 54 em Y; 40 em Z e 16 no solo; resolução espacial: 4x4 km e incremento de 100 m + 10% próximo a superfície até a camada 20, a partir dessa camada, resolução de 500 m; resolução temporal: 4 segundos para ponto de grade e 1 segundo para processos subgrade; início da integração: 9 da noite para o mês de fevereiro; sem microfísica e sem parametrização de cumulus; e, estado básico nulo. 4. DISCUSSÕES DOS RESULTADOS O tempo de processamento do RAMS para um hora de integração é de aproximadamente 2,3 horas no SP2, com 95% de CPU dedicado ao RAMS no nó 1 (o nó 1 é o que gerencia o acesso ao disco rígido). Quando há processamento em outros nós, a CPU diminui para 55%, elevando o tempo de processamento para 4,5 horas, aproximadamente. A data para a simulação foi o início do mês de fevereiro para definir o período sazonal da radiação solar. Os resultados são apresentados a seguir. Na figura 4 é apresentado o vento em 1000 hpa para 11 horas de integração. A parte colorida representa a topografia (m) e a variação das cores é a mesma da Figura 1. As linhas azuis indicam a porção terra/água de acordo com a Figura 2 e em cor preta o vetor vento (m/s). 1620
Figura 4 Simulação da circulação no Vale e Litoral com 11 horas de integração. Às 10Z ou 7 h (hora local) é o período de máximo resfriamento radiativo, portanto, pode-se observar a brisa terrestre em todo o litoral, com mais intensidade na região de UBA Ubatuba e Ilha Bela. A brisa valemontanha também atua, com o vento catabático deslocando-se em direção ao vale. Na parte mais alta da Serra da Mantiqueira, forma-se uma pequena divergência do vento. Continuando com a integração, a superfície continental começa a se aquecer e faz com que o vento gire em sentido anti-horário devido a força de coriolis, dando origem a brisa marítima e vale-montanha. Na Figura 5 é apresentado o campo de vento após 13 horas de integração. A brisa vale-montanha é mais intensa do lado leste da Serra da Mantiqueira devido ao aquecimento pelo sol nascente formando uma área de divergência do vento no vale. No litoral, a brisa marítima começa a penetrar e, entre o continente e a Ilha Bela, inicia-se uma divergência. Com 15 horas de integração (14Z), a brisa marítima penetra mais chegando no ponto mais alto da Serra do Mar (Figura 6). No sul, a brisa marítima avança com mais facilidade devido a topografia mais baixa. É importante observar que a divergência formada entre a ilha e o continente impede o avanço mais forte pela topografia mais baixa que a média (ao norte de Caraguatatuba - CAR). Na Serra da Mantiqueira, como o vento sudeste era mais intenso, a região de convergência ultrapassa a parte mais alta em direção noroeste vencendo o vento de noroeste. Uma outra região de convergência surge a leste do vale. Essa região é a parte mais baixa do vale e também úmida (vide Figura 2) e faz com que os ventos subam em direção oeste, região relativamente mais alta. 1621
Figura 5 Simulação da circulação no Vale e Litoral com 13 horas de integração. Com mais uma hora de integração (15Z), a brisa marítima começa a ultrapassar a parte mais alta da Serra do Mar em direção ao vale, pois o vento contra da brisa vale-montanha é relativamente mais fraco (Figura 7). Na parte sul do litoral, a brisa também avança formando uma configuração parabólica. Em alguns momentos, essa configuração de penetração da brisa marítima foi detectada nas imagens do radar meteorológico de São José dos Campos. O formato da frente de brisa na Serra do Mar é bem semelhante ao gradiente de precipitação mostrado na Figura 1. Outro fato interessante é a convergência que se inicia sobre a pequena elevação a noroeste de Cunha (CUN). Na Figura 8 é apresentado o campo de vento após 20 horas de integração (19Z). Nessa fase, todas as regiões de convergência avançam em direção à área central do vale. A brisa marítima avança continente adentro ligeiramente mais intenso ou rápido próximo a Taubaté. A baixa topografia formando uma espécie de canal facilita esse avanço e essa configuração poderia explicar os sistemas convectivos que se formam ao sul de Taubaté no verão. A região de convergência que se deslocou de leste para oeste próximo a Guaratinguetá (GUA) encontra-se com a brisa marítima. Essa intensificação da convergência poderia explicar a formação de sistemas precipitantes que trazem chuvas intensas em Guaratinguetá e Aparecida (cidade próxima). 1622
Figura 6 Simulação da circulação no Vale e Litoral com 15 horas de integração. 5. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS As simulações utilizando o RAMS permitem uma análise técnica da atuação de vários sistemas conjugados em uma região como o Vale do Paraíba e o Litoral, onde a configuração da superfície apresenta grande complexidade. A descrição da superfície para o RAMS utilizando topografia, a vegetação e a hidrografia de alta resolução foi fundamental para a simulação da circulação das brisas. A configuração da brisa marítima após sobrepujar a brisa vale-montanha é semelhante a distribuição da precipitação na região do Vale e Litoral. O canal formado pela baixa topografia ao norte de Caraguatatuba não condiz com a hipótese de facilitar a penetração da brisa marítima. A presença da ilha de Ilha Bela produz um divergência do vento diminuindo a velocidade do vento em direção ao canal. Por outro lado, a baixa topografia ao sul de Taubaté facilita o avanço da brisa marítima em direção ao vale. A forma da brisa marítima no litoral sul é bem semelhante ao detectado pelo radar meteorológico de São José dos Campos. A convergência de leste foi gerada nas simulações do RAMS e o seu encontro com a brisa marítima poderia explicar as intensas precipitações que ocorrem na região de Guaratinguetá e Aparecida. O vento analisado foi o de 1000 hpa. Para uma análise mais correta, deve-se futuramente analisar o vento em coordenadas sigma para retratar melhor o vento de superfície. 1623
Uma análise mais profunda deve ser realizada utilizando-se outras variáveis e também ativar a microfísica de nuvens no modelo RAMS na tentativa de simular as atividades convectivas, assim como um estado básico coerente com algumas situações típicas de penetração de brisa marítima. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Tecnologia Espacial no Planejamento Municipal Urbano e Rural. INPE: Cachoeira Paulista e São José dos Campos. 2000. Kurkdjian, M.L.N.O. et al. Macrozoneamento da região do Vale do Paraíba e Litoral Norte do Estado de São Paulo. São José dos Campos: INPE, 1992. 176 p. (INPE-5381-PRP/165). Perrella, A.C.F. Estudo e localização das áreas de inundação em São José dos Campos-SP, com base no atendimento pela Defesa Civil e na pluviometria regional, como subsídio ao Planejamento Urbano. São José dos Campos, 1999. 91p. Dissertação (Mestrado em Planejamento Urbano e Regional) Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, Universidade do Vale do Paraíba. Souza, L.H e Sakuragi, J. Condições de contorno da superfície para modelagem numérica de tempo utilizando o RAMS. Anais: Encontro de Iniciação Científica, 3. IP&D - UNIVAP. 1999. Walko, R.L.; Tremback, C.J.; Hertenstein, R.F.A. RAMS Regional Atmospheric Modeling System. Version 3b. User s Guide. ASTER Division, Mission Research Corporation. 1995. 1624
Figura 7 Simulação da circulação no Vale e Litoral com 16 horas de integração. Figura 8 Simulação da circulação no Vale e Litoral com 20 horas de integração. 1625