ESTUDO OBSERVACIONAL DOS JATOS DE BAIXOS NÍVEIS NA REGIÃO DO LAGO DE ITAIPU Sônia Maria Soares Stivari Departamento de Física - Universidade Estadual de Maringá Av. Colombro 579, Maringá-PR. stivari@dfi.uem.br Amauri Pereira de Oliveira Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG-USP Rua do Matão 1226, 558.9 São Paulo,SP apdolive@usp.br ABSTRACT A análise de 188 sondagens realizadas a 2-km do Lago de Itaipu, no aeroporto de Foz de Iguaçu às 8:3 HL, indicou a presença de Jatos de Baixos Níveis em cerca 11 dias (58,5 %). Os jatos desenvolvem-se, em sua maioria, entre 3 e 4 m. INTRODUÇÃO Os jatos de baixos níveis (JBN) são classificados como um movimento de escala meso-β, com características espaciais entre 2 e 2 km (largura), que ocorrem dentro dos dois primeiros quilômetros da atmosfera, associados a uma forte oscilação diurna do vento na camada limite planetária (Wu and Raman, 1997). Os JBN são reconhecidos como uma complexa resposta da camada limite planetária (CLP) ao ciclo diurno da forçante térmica e apresentam uma região de máxima velocidade bem definida. Neste sentido, o jato pode ser definido por uma camada atmosférica de pequena espessura na qual o escoamento de ar apresenta uma intensa velocidade (Wippermann, 1973). A formação dos JBN ocorre em razão da aceleração do escoamento associada à: (a) oscilação inercial; (b) canalização topográfica; (c) bloqueio topográfico; (d)efeito baroclínico causado por contrastes térmicos na superfície; (e) forçante de escala sinótica (Wu and Raman, 1997). Estudos numéricos mostram que o contraste térmico gerado pela heterogeneidade da superfície é um dos principais mecanismos responsáveis pela geração de JBN (Wu and Raman, 1997). Os JBN ocorrem com maior freqüência durante o período noturno e contribuem no transporte de umidade e, consequentemente, no desenvolvimento e na manutenção de tempestades noturnas (Whiteman, 1997; Bonner, 1968 a,b). A intensificação do transporte horizontal produzido JBN contribuem para modificar o potencial de dispersão de poluentes em escala local e regional, principalmente durante o período noturno. Além disso, o cisalhamento do vento induzido pelo JBN intensifica a turbulência e aumenta a dispersão dos poluentes nas direções verticais e horizontais ao longo do eixo do jato. Os JBN podem aumentar o potencial de risco e de periculosidade os incêndios florestais espontâneos, dificultando manejo de incêndios controlados e programados. Os incêndios que ocorrem em condições de intenso cisalhamento de vento, típicos de JBN, podem tornar-se incontroláveis na prática. Neste trabalho é mostrado evidencias observacionais da existência de JBN na região do lago de Itaipu, através da análise de 188 sondagens realizadas no aeroporto de Foz de Iguaçu. Esta região é caracterizada por uma Brisa Lacustre induzida pela presença do lago de Itaipu (Stivari, 1999). Os JBN com direção Sul podem ser explicados em termos de efeito de canalização induzida pelo topografia do Vale do rio Paraná. 189
MATERIAL E METODOS O lago de Itaipu localiza-se no Sul do Brasil entre 24º5 S e 25º33 S e 54º37 W e 54º W, na divisa Brasil-Paraguai. O lago foi formado pelo represamento do rio Paraná, entre as cidades de Guaíra e Foz do Iguaçu em razão da construção da usina hidrelética de Itaipu. O lago está localizado na região central do vale do rio Paraná no sentido longitudinal NE-SW (Fig. 1). Este vale atinge uma extensão horizontal de 8 km, cuja cota varia de 4 m a oeste (Paraguai), a 475 m a leste (Brasil). A figura 2 mostra a inclinação do terreno nas secções transversais passando por estações meteorológicas da região: A (Usina de Itaipu 25º24 S 54º36 W); B (Aeroporto de Foz do Iguaçu -25º35 S 54º29 W ); C (Cascavel - 24º56 S 53º25 W) e D (Palotina - 24º16 S 53º55 W). A superfície do lago no nível de 22 m, corresponde à linha horizontal tracejada da figura 2. A estrutura dinâmica e termodinâmica da região do lago de Itaipu foi determinada a partir das radiosondagens realizadas às 8:3 HL na estação B (Aeroporto de Foz do Iguaçu) distante 2 km a SE da barragem do lago. Essas sondagens foram realizadas utilizando o sistema Omega de navegação e cedidas pelo Ministério da Aeronáutica. A análise está baseada em 188 sondagens distribuídas nos meses de junho a novembro de 1995 e em setembro e dezembro de 1994. D D C A B 48 44 4 36 32 28 24 2 16 12 8 Figura 1: Topografia da região do lago de Itaipu (1 km por 181 km). O lago está localizado na região central do vale do rio Paraná. As linhas indicadas por A, B, C e D correspondem às latitudes das estações meteorológicas da Usina de Itaipu, Aeroporto de Foz do Iguaçu, Cascavel e Palotina. RESULTADOS A extensão vertical da CLP foi estimada através da extensão vertical da camada de mistura residual. Em geral a CLP na região de Itaipu apresenta características típicas de regiões continentais, com uma camada de mistura da ordem de 1 até 25 m durante o dia e uma camada de inversão térmica de superfície com uma extensão entre 4 e 6 m. A figura 3 apresenta um exemplo do perfil vertical da temperatura potencial e da razão de mistura observadas na região do lago de Itaipu. Este padrão foi observado com maior freqüência quando a região está sob domínio da alta do Atlântico Sul e alta pré-frontal. 181
No final da primavera e início de verão, para esse horário da sondagem, é possível observar que o aquecimento da superfície, devido à radiação solar, já é suficientemente intenso para gerar uma camada superadiabática. O sol nesta região nasce às 6:46 HL, no solstício de inverno, 5:54 HL no equinócio de primavera e às 5:15 HL no solstício de verão. Esses resultados indicam que a CLP, no período diurno, atinge níveis de até 25 m indicando uma intensa mistura térmica resultante do intenso aquecimento diurno. Durante a noite, a inversão térmica indica resfriamento noturno intenso. 5 Nível da Superfície (m) 4 3 2 1 Estação A Estação B -55, -54,75-54,5-54,25-54, Longitude (graus) Figura 2: Perfil da topografia mostrando a altura da superfície, acima do nível do mar, ao longo das secções transversais A (quadrado), B (linha sólida), C (triângulo) e D (cruz) da figura 1. A posição do lago de Itaipu é indicado pelas linhas verticais. A linha horizontal corresponde a superfície do lago de Itaipu (cota de 22 m). O lago desvia para leste conforme mostra os cortes de A até D. Razão de Mistura (g/kg) 2 4 6 8 1 12 5 4 3 2 1 295 3 35 31 315 32 325 Temperatura Potencial (K) Figura 3: Perfil vertical da temperatura potencial (círculo) e da razão de mistura (quadrado), obtidos da sondagem realizada às 8:3 HL, no aeroporto de Foz do Iguaçu a 2 Km do lago de Itaipu, no dia 23 de setembro de 1994. Na região do lago de Itaipu é observado a presença sistemática de JBN. Das 188 sondagens analisadas foi detectado a formação dos JBN em 11 dias (58,5 %). Os jatos desenvolvem-se, em sua maioria, entre 3 e 4 m (Fig. 4).A maioria dos jatos (4 %) ocorreu em dias sem inversão térmica conforme Tab. 1. 1811
Tabela 1 Sumário da relação entre a ocorrência de jatos e a altura da camada de inversão Dias analisados 188 Dias com JBN 11 JBN na altura da inversão térmica 1,9 % JBN acima da altura da inversão térmica 21,8 % JBN abaixo da altura da inversão térmica 27,3 % Presença dos JBN em dias sem inversão térmica 4, % A classificação dos JBN na região de Itaipu foi feita segundo os critérios de Bonner (1968) e Whiteman (1997). Esta classificação esta baseada em 5 categorias: (i) (ii) (iii) (iv) (v) JBN_ para intensidade do vento igual ou superior a 1 m/s, no nível de máxima intensidade (nariz do jato), com um decréscimo de pelo menos 5 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura; JBN_I para intensidade do vento igual ou superior a 12 m/s, no nível de máxima intensidade com um decréscimo de pelo menos 6 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura; JBN_II para intensidade do vento igual ou superior a 16 m/s, no nível de máxima intensidade, com um decréscimo de pelo menos 8 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura; JBN_III para intensidade do vento igual ou superior a 2 m/s, no nível de máxima intensidade, com um decréscimo de pelo menos 1 m/s acima deste nível e abaixo de 3 km de altura. JBN_IV para os jatos com V 1 m/s, no nível de máxima intensidade de vento com um decréscimo de pelo menos metade da velocidade máxima. Desta forma, a categoria JBN_ inclui as categorias dos jatos mais intensos JBN_I, JBN_II e JBN_III da mesma forma que a categoria JBN_I inclui as categorias JBN_II e JBN_III, etc.. A categoria JBN_IV não inclui e também não está incluída nas outras. A maioria dos JBN observados na região de Foz do Iguaçu pertencem à categoria JBN_ (Tab. 2), na qual V max 1 m/s e a queda de velocidade ( V) é maior que 5 m/s acima do nariz do jato. A direção predominante destes JBN é de NE e ocorrem em situação de alta pré-frontal ou da alta do Atlântico Sul. Os JBN_IV ocorreram em 2,9% dos dias analisados apresentando direção de SE (Tab. 2). São observados em dias com ventos fracos numa situação pós-frontal. A figura 5 mostra o perfil vertical da velocidade e direção do vento para o dia 18 de agosto de 1995, como um exemplo dos dias de ocorrência de jatos da categoria JBN_IV. É observada uma mudança na direção do vento acima do jato. CONCLUSÃO A análise da ocorrência de JBN na região de Foz do Iguaçu mostrou que para a região há mais uma categoria de JBN além das encontradas por Whiteman (1977), com intensidade máxima na altura do nariz do jato menor que 1 m/s, com decréscimo de metade da intensidade máxima até a altura de 3 km. Estes jatos de SE (em direção ao lago) ocorrem em dias de ventos calmos e céu claro. Os jatos mais intensos tem direção predominante de NE.e ocorrem em situação de alta pré-frontal ou da alta do Atlântico Sul. Estes resultados indicam que o contraste térmico gerado pela heterogeneidade da superfície em razão da presença do lago de Itaipu, pode ser responsável pela formação e intensificação dos JBN da categoria JBN_IV observados naquela região em dias de ventos calmos e céu claro, a ser investigado utilizando um modelo numérico de mesoescala. 1812
Tabela 2 Relação entre a categoria dos JBN, a freqüência de observação e a direção do vento predominante para cada categoria. V max. é a velocidade do nariz do jato, V é a velocidade mínima acima do nariz do jato, segundo o critério de Bonner (1968). Categoria V máx (m/s) V (m/s) Freqüência de ocorrência de JBN (%) JBN_ 1 5 65,5 NE JBN_I 12 6 39,1 N JBN_II 16 8 15,5 N JBN_III 2 1 4,5 NW JBN_IV 1 1/2 V máx. 2,9 SE Direção do vento 25 2 15 1 5 5 1 15 2 Número de Ocorrência de Jatos Figura 4: Freqüência de ocorrência de jatos de baixos níveis, observados das sondagens realizadas no Aeroporto de Foz do Iguaçu (Estação B). O período de observação compreende os meses de setembro e dezembro de 1994 e o período de julho a novembro de 1995. 5 5 4 4 3 2 1 3 2 1 5 1 15 Velocidade do Vento (m/s) 9 18 27 36 Direção do vento (graus) Figura 5: Perfis verticais da velocidade e direção do vento obtido da sondagem do dia 18/8/95, realizada às 8:3 HL, no aeroporto de Foz do Iguaçu a 2 km do lago de Itaipu. 1813
AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Destacamento de Proteção ao Voo de Foz do Iguaçu por ceder os dados de radiossondagem. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bonner, W.D, 1968 a: Climatology of the Low Level Jet. Mon. Wea. Rev, vol. 96, No. 12, p. 833-85. Bonner, W.D, Esbensen, S. and Greenberg, R., 1968 b: Kinematics of the Low-Level Jet. J. Appl. Meteor., vol. 7, p. 339-347. Stivari, S. M. S., 1999: Um Estudo da Brisa Lacustre do Lago de Itaipu. Tese de Doutorado, Departamento de Ciências Atmosféricas. IAG-USP, 126 p. Wippermann, F., 1973: Numerical Study on the effects Controlling the Low-Level Jet. Beiträge zur Physik der Atmosphäre, 46. Band, S. 137-154. Whiteman, et al. 1997: Low-Level Jet Climatology from Enhanced Rawinsonde Observations at a Site in the Southern Great Plains. J. Appl. Meteor., 36, 1363-1376. Wu Y. and Raman S., 1997: Effect of Land-Use Pattern on the Development of Low-Level Jets. J. Appl. Meteor., 36, 573-59. 1814