ESTUDO OBSERVACIONAL DE UMA FRENTE QUENTE OCORRIDA NA REGIÃO SUL DO BRASIL

ESTUDO OBSERVACIONAL DE UMA FRENTE QUENTE OCORRIDA NA REGIÃO SUL DO BRASIL Maria Helena de Carvalho e Natália Fedorova Faculdade de Meteorologia Universidade Federal de Pelotas mhelena@cpmet.ufpel.tche.br natalia@cpmet.ufpel.tche.br ABSTRACT Though warm fronts are not frequent in southern Brazil, they can cause precipitation and other phenomena like fog. So, it is important to understand how these systems behave. In this study, we analysed several kinds of data to determine the behaviour of a warm front which affected the weather in parts of Rio Grande do Sul state. The results show that the front caused precipitation in some regions of the state shore. Convective clouds, thunderstorms and fog were also observed associated with the passage of the front. The warm front influenced the weather over that region during about 24 hours. 1. INTRODUÇÃO Os sistemas frontais que atingem a Região Sul do Brasil têm uma influência importante na precipitação, temperatura e umidade observadas nesta região. Além disso, o conhecimento da estrutura destes sistemas e das condições meteorológicas associadas a eles é fundamental para a elaboração das previsões de tempo. O primeiro modelo frontal para o ciclone extratropical e suas frentes associadas foi elaborado por Bjerknes (Pettersen, 1956), que pertencia à chamada escola norueguesa. Para chegar a este modelo, ele contou basicamente com dados de superfície. Após o surgimento dos dados de altitude, foram elaborados vários trabalhos científicos que explicavam a estrutura, dinâmica e os fenômenos associados às frentes em geral incorporando estas novas informações. Por exemplo, pode-se citar Browning (1986) que apresentou modelos conceituais de frentes térmicas, baseados nos conceitos de esteiras transportadoras. De acordo com Lima (1985) as frentes quentes apresentam uma baixa freqüência no Brasil, além do fato de que eles só são observados na região sul do país. Ainda segundo Lima, as frentes quentes ocorrem nos meses de outono, inverno e primavera. Por serem sistemas que têm influência nas condições do tempo em várias partes do Hemisfério Norte, diversos estudos têm sido elaborados a respeito das frentes quentes naquele hemisfério. Bluestein (1993) apresenta a estrutura de uma frente quente. De acordo com o autor, zonas frontais quentes geralmente inclinam-se menos na vertical do que as zonas frontais frias. Segundo Bluestein, o movimento em direção ao polo ou na direção nordeste de uma frente quente no Hemisfério Norte está usualmente associado com uma forte advecção quente em baixos níveis a leste ou em direção ao polo. Todavia, de acordo com o mesmo autor, nem todos os ciclones estão associados com frentes quentes ou com frentes quentes com linhas bem definidas de mudança do vento. Em relação ao giro do vento, ele ocorre no sentido horário no Hemisfério Norte na passagem de uma frente quente. Zwatz-Meise (1990) estudou os aspectos sinóticos de frentes quentes através de imagens de satélite. Ela mostrou as propriedades sinóticas de dois tipos de frentes quentes típicas e também descreveu alguns aspectos físicos destes sistemas. Este trabalho tem por objetivo mostrar algumas características associadas aos sistemas frontais quentes que atingem a Região Sul do Brasil. 2. MATERIAL E MÉTODOS Foram usados vários campos meteorológicos (análises), em vários níveis padrões, do National Center for Environmental Prediction (NCEP) Estados Unidos, das 0000 TMG, para os dias 29 e 30 de junho de 1998. As imagens do satélite GOES-8 foram obtidas na estação de recepção do Centro de Pesquisas Meteorológicas. Uma das imagens utilizadas foi fornecida pelo Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Foi feita uma análise da situação sinótica relacionando os campos das variáveis meteorológicas e as imagens de satélite. Os dados dos boletins sinóticos de estações do Rio Grande do Sul foram plotados e traçaram-se isolinhas. Estas cartas foram usadas para análise da situação de mesoescala. 3218

Foram calculadas as trajetórias das parcelas de ar, até 30 horas, na região da frente quente observada no litoral do Rio Grande do Sul, em 30 de junho de 1998, para os níveis de 1000, 850, 700 e 500 hpa. Para o cálculo foi usado um método gráfico no qual trabalha-se com cartas de altura geopotencial. Este método é usado operacionalmente no Centro Hidrometeorológico da Rússia e foi descrito por Fedorova (1999). Também calculou-se a advecção térmica na região da frente quente para o dia 30 de junho de 1998, às 0000 UTC, a qual foi obtida com base na diferença das temperaturas no início e no fim da trajetória das parcelas (Fedorova, 1999). 3. RESULTADOS 3.1 Identificação das zonas frontais usando imagens de satélite Pela análise da imagem das 17:00 UTC do dia 29 de junho de 1998 (não mostrada) verifica-se que existe um vórtice ciclônico sobre o sul da Argentina, com uma frente fria que atinge o Oceano Pacífico e uma frente quente, cuja banda frontal se estende sobre o Uruguai e abrangendo uma grande parte do Rio Grande do Sul. De acordo com Fedorova e Bakst (1996), a posição da frente quente à superfície deve ser desenhada próximo da extremidade interna da banda de nebulosidade e, portanto, esta frente localizava-se neste caso, de acordo com a imagem referida anteriormente, na Argentina, próximo à fronteira com o Rio Grande do Sul. Neste horário, existia uma região de nebulosidade convectiva no centro-leste do RS; provavelmente associada à aproximação da frente quente. Na maior parte da região sob influência da frente quente, contudo, a nebulosidade era predominantemente estratiforme. A frente continuou influenciando o tempo no litoral do Rio Grande do Sul durante o dia 30 de junho; o que pode ser visto na imagem das 11:45 UTC (Figura 1), sendo que em algumas regiões houve formação de nuvens convectivas. No final da tarde do dia 30, conforme observa-se na imagem de satélite das 17:45 TMG (Figura 2), a referida frente já havia deixado o Rio Grande do Sul. Assim o período de influência da frente quente sobre o Rio Grande do Sul foi em torno de 24 horas. Figura 1 Imagem do satélite GOES-8, no espectro infravermelho, para o dia 30 de junho de 1998, às 11:45 UTC. 3219

Figura 2 Imagem do satélite GOES-8, no espectro infravermelho, para o dia 30 de junho de 1998, às 17:45 UTC. 3.2 Análise dos campos de pressão, tendência de pressão e altura geopotencial Como foi referido anteriormente, a frente quente já estava definida no final da tarde do dia 29 de junho. Todavia, como as análises do NCEP só estão disponíveis para as 0000 UTC, serão analisados os campos meteorológicos do dia 30 de junho para este horário. O campo de pressão reduzida ao nível do mar para o dia 30.06.98, às 0000 UTC, (Figura 3) mostra que a frente quente estava localizada no bordo oeste do anticiclone subtropical do Atlântico, cujas isóbaras apresentavam curvatura ciclônica na região onde se encontrava definida a frente quente. O vórtice ciclônico observado na imagem de satélite das 0000 UTC, do dia 30.06.98, com o qual estava associada a frente quente em estudo, não podia ser observado no campo de pressão, pois o ciclone estava em seu estágio inicial. Todavia, como as isóbaras estão afastadas na parte central leste da Argentina, a pressão estava baixa naquela região entre os dois sistemas de alta pressão; portanto, pode-se inferir que o ciclone à superfície estava localizado nesta região. Figura 3 Campo de pressão reduzida ao nível médio do mar para 30 de junho de 1998, às 0000 UTC. Observa-se um centro isalobárico negativo no campo de tendência (12 horas) de pressão a partir de 0000 UTC de 30.06.98 (Figura 4), na região onde estava localizada a frente quente, estando os valores mais negativos de tendência localizados ao sul da mesma, próximo ao ponto de oclusão. Todavia, ao longo da frente quente, a tendência de pressão tinha valores negativos significativos variando, aproximadamente, de 1,5 a -4,5 hpa/12horas. No campo de tendência mostrado, o centro do ciclone localizava-se entre os dois centros negativos, próximo a Bahía Blanca, na Argentina. 3220

Fig. 4 Tendência de pressão (12 horas) a partir de 00:00 UTC do dia 30 de junho de 1998. Analisando-se os campos de geopotencial para os baixos níveis (1000, 850 e 700 hpa), a característica que chama a atenção é que nestes campos, assim como no de pressão, não era observada a existência da zona frontal quente em estudo. Na região onde a frente quente era observada na imagem, existia circulação anticiclônica nos três níveis mencionados. Somente a partir de 500 hpa é que o campo de geopotencial (Figura 5), juntamente com as linhas de corrente e a posição da corrente de jato (seção 3.4) evidenciavam a presença daquela zona frontal. Fig. 5 Altura geopotencial para o nível de 500 hpa no dia 30 de junho de 1998, às 00:00 UTC. Linhas de altura geopotencial em 500 hpa com grandes gradientes de temperatura foram observadas ao sul da nebulosidade da frente quente. Esta frente estava associada com a crista nos níveis de 500 hpa e superiores e, em baixos níveis, com a alta subtropical do Atlântico. 3.2 Análise dos Campos de Temperatura e Umidade No campo de temperatura em 850 hpa (Figura 6) observa-se uma língua de ar quente, que se estende desde o interior da América do Sul até o Oceano Atlântico, a leste da Argentina. Esta língua de ar quente aparece, também, no campo de temperatura de 700 hpa. Nota-se, ainda nas isotermas para 850 hpa, que elas se apresentam paralelas à frente quente, a qual tem curvatura anticiclônica. Os gradientes zonal e meridional de temperatura nesta frente, em 850 hpa, são de, aproximadamente, 0,86 º/100 km. Desde a superfície até 700 hpa, os valores de umidade relativa estavam em torno de 80 % na região da frente quente. Em 500 hpa o ar já se apresentava seco, sendo o valor máximo da umidade relativa de 60%. 3221

Fig. 6 Temperatura no nível de 850 hpa, para o dia 30 de junho de 1998, às 00:00 UTC. 3.3 Análise da divergência e vorticidade relativa O campo de divergência mostrava valores muito fracos, todavia, positivos, de divergência na região onde se encontrava a frente quente, no nível de 1000 hpa, no dia 30.06.98 0000 UTC. Até mesmo os valores de divergência negativa na região centro-norte da Argentina, associados à frente fria, eram muito baixos. Em 850 hpa, os valores de divergência na região da frente quente são negativos, mas não são altos. A única linha na região do sistema frontal é de 1e 05 s 1. No nível de 200 hpa os valores de divergência também são baixos. A região da zona frontal quente apresentava valores positivos de vorticidade relativa em 1000 hpa, na sua maior parte; somente na região mais próxima do litoral do Rio Grande do Sul e do Uruguai os valores eram 6 negativos, embora fracos. A única isolinha de vorticidade tinha valor de 1 10 s -1. Também em 850 e em 500 hpa os valores de vorticidade não eram significativos. As figuras dos campos de divergência e de vorticidade não foram incluídas porque os valores eram muito baixos. 3.4 Linhas de corrente e isotacas Em 1000 (Figura 7), 850 e 700 hpa as linhas de corrente mostram circulação anticiclônica na região da frente quente, associada com a presença do anticiclone subtropical do Pacífico. No nível de 500 hpa (Fig. 8), as linhas de corrente evidenciam a existência de uma zona frontal fria na região que se estende da parte norte da Argentina indo até a longitude de, aproximadamente, 90 ºW, em cuja região pode-se observar um máximo na velocidade do vento, denotando, já neste nível a existência de uma corrente de jato. Em 300 hpa, observa-se uma corrente de jato, cujo núcleo localiza-se entre 70 e 80 ºW e entre 28 e 35 ºS. Ao sul e a oeste deste núcleo observa-se as linhas de corrente confluindo na parte leste do cavado, caracterizando a existência de uma zona frontal. Para 250 hpa a situação é bastante semelhante à de 300 hpa, com a diferença de que os ventos são mais fortes (a isotaca de maior valor no núcleo da corrente de jato era de 55 ms -1 ). A posição da corrente de jato neste nível mostra o núcleo localizado entre 20 e 30 ºS, com a entrada sobre o Oceano Pacífico e saída próximo à região de Córdoba, na Argentina. Fig.7 Linhas de corrente no nível de 1000 hpa, para o dia 30 de junho de 1998, às 00:00 UTC. 3222

Fig. 8 Linhas de corrente (linhas cheias) e campo do vento (sombreado) no nível de 500 hpa para o dia 30 de junho de 1998, às 00:00 TMG. 3.5 Trajetórias No nível de 1000 hpa, a parcela percorreu uma trajetória de, aproximadamente 1100 km em 30 horas, desde as 12 horas do dia 28 de junho até as 00 horas do dia 30 de junho. O início desta trajetória deu-se no Paraguai. Inicialmente a parcela deslocou-se para sul e depois para sudeste, até atingir o litoral sul do Rio Grande do Sul. Em 850 hpa o deslocamento total da parcela foi de 1800 km, desde o noroeste do Paraguai, considerando o mesmo período analisado para o nível de 1000 hpa. A direção do deslocamento foi para sudeste durante todo o período. Para 700 hpa foi encontrado um deslocamento em torno de 1400 km, sendo a trajetória também de noroeste para sudeste, como nos dois níveis anteriormente mencionados. Em 500 hpa a parcela deslocou-se por uma distância aproximada de 1860 km, no período de 30 horas, tendo como ponto de partida o Oceano Pacífico (26 ºS, 72 ºW) e sendo a direção do deslocamento para também para sudeste. 3.5 Advecção de Temperatura Foi calculada a advecção térmica na região da frente quente (litoral sul do Rio Grande do Sul) no dia 30.06.98, às 0000 hs UTC, usando-se o método da trajetória da parcela. No nível de 1000 hpa, o cálculo da advecção de temperatura forneceu uma advecção de ar quente com valor de 4,5 ºC no período de 30 horas mencionado no item anterior(de 28.06.98, às 1200 horas até 0000 horas de 30.06.98). Também nos níveis de 850 hpa e de 700 hpa foi obtida advecção de ar quente, com valores de 7 ºC e de 8ºC em 30 horas, respectivamente. Já no nível de 500 hpa, o valor da advecção térmica obtido usando-se a trajetória da parcela foi muito pequeno. Os valores obtidos indicam uma advecção significativa de ar quente em baixos níveis (até 700 hpa) na região em estudo. 3.6 Análise de Mesoescala A carta de superfície das 0000 UTC (Figura 9) analisada para o Rio Grande do Sul mostra um mesocavado com eixo sudoeste-nordeste sobre o estado. Pelos dados plotados, observa-se que nas 3 (três) horas anteriores ao horário da observação a tendência de pressão foi nula em várias estações do Rio Grande do Sul. A maior parte deste estado encontrava-se sob a massa de ar quente tropical (setor quente do ciclone). Nos dados plotados, pode-se observar também que, nas estações localizadas na costa do Rio Grande do Sul, os ventos eram, predominantemente, de leste. A estação de Santa Vitória do Palmar, no extremo Sul do Rio Grande do Sul, registrou nuvens cumulunimbus neste horário. Esta estação também apresentou ocorrência de trovoadas no tempo passado. Algumas estações localizadas no setor quente do ciclone extratropical registraram nevoeiro no horário da observação. Houve convergência nos horários de 0000 e 1200 UTC na região de Porto Alegre e neste último horário observaram-se trovoadas nesta cidade. Às 1200 UTC, já havia aumentado a região de precipitação ligada à frente quente. As estações de Santa Vitória do Palmar, Porto Alegre e Torres apresentaram ocorrência de nuvens Cb. Na observação deste horário, as estações mais próximas da costa do Rio Grande do Sul apresentaram chuva no tempo presente ou no tempo 3223

passado, ou ambos. Duas registraram trovoadas no tempo passado. Dentro do setor quente, foram observados nevoeiros, nuvens estratiformes e alguma chuva fraca. No dia 30.06.98, às 18 UTC, o cavado de mesoescala continuava bem definido sobre o Rio Grande do Sul. O céu ainda encontrava-se encoberto na maior parte das regiões, tendo sido registrada chuva ou trovoada, em algumas estações. Neste horário, a frente quente já não se encontrava mais sobre o Rio Grande do Sul, o qual estava quase inteiramente (exceto a parte mais meridional) sob a influência do setor quente do ciclone, conforme pode ser constatado na imagem infravermelha das 17:45 Z. A direção do vento mudou em várias estações do estado, porém na estação de Santa Vitória do Palmar, o vento manteve sua direção noroeste. Neste horário, a estação de Santa Vitória já apresentava nuvens associadas com a aproximação da frente fria. Em Rio Grande o vento passou a soprar do norte e em Encruzilhada do Sul, do nororeste. Nota-se que neste horário algumas estações do Rio Grande do Sul registraram nevoeiro no tempo presente ou no tempo passado. 4. CONCLUSÕES Fig. 9 Mapa sinótico para o Rio Grande do Sul,. do dia 30 de junho de 1998, às 00 UTC. Analisando as imagens de satélite os campos de algumas variáveis meteorológicas, verificou-se o comportamento de uma frente quente que passou pelo litoral do Rio Grande Sul, causando mudanças no tempo num período aproximado de 24 horas. A frente quente causou nebulosidade principalmente no litoral daquele estado. Foram registradas nuvens Cumulonimbus e Cumulus de grande desenvolvimento vertical em várias estações do estado. Em estações do litoral foi observada a ocorrência de precipitação, assim como em outras localizadas no interior do Rio Grande do Sul, durante o período em que a zona frontal quente estava atuando sobre o estado. Em algumas estações houve o registro de trovoadas associadas à passagem da frente. No setor quente do vórtice, ao qual estava associada a frente quente, foi observado nevoeiro em várias estações. Na maioria delas, foi registrada a ocorrência de nuvens de desenvolvimento vertical. Nevoeiro também ocorreu em algumas estações durante o período de atuação da zona frontal quente sobre o estado do Rio Grande do Sul. No campo de pressão reduzida ao nível médio do mar, verificou-se que a frente localizava-se no bordo oeste do anticiclone, cujas isóbaras, nesta região, apresentavam curvatura ciclônica. Analisando-se o mesmo campo para o estado do Rio Grande do Sul, encontrou-se um cavado de mesoescala. No campo de tendência da pressão foi detectado um centro negativo na região em que estava localizada a frente. Pelo campo de linhas de corrente em 500 hpa, concluiu-se que a zona frontal quente estudada localizava-se no lado norte da zona frontal principal observada neste nível. O núcleo da corrente de jato foi observado no nível de 250 hpa na carta de linhas de corrente e verificou-se que ele se encontrava, aproximadamente, de 20 (entrada) a 30 graus (saída) de longitude a oeste da posição da zona frontal observada nas imagens de satélite. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BLUESTEIN, H. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes Vol. II Observation and Theory of Weather Systems. New York, Oxford University Press, 594 p., 1993. 3224

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