462 ANALISE DOS DISTÚRBIOS ONDULATÓRIOS DE LESTE SOBRE O OCEANO ATLANTICO EQUATORIAL SUL Nelson Jesus Ferreira, Chou Sin Chan, Prakki Satyamurti C.Postal 515, INPE, 12201 São José dos Campos, SP RESUMO. Focaliza-se as principais características dos distúrbios equatoriais de leste sobre o Oceano Atlântico Equatorial, durante o First GARP Global Experiment (FGGE). Como base de dados foram utilizados campos de vento diários do National Meteorological Center (NMC). Análise dos resultados revelam a existência de distúrbios ondulatórios propagando-se de leste para oeste durante quase todo o período estudado. Estes distúrbios apresentam velocidade de fase entre 10 a 13 m/s. e período de 5 a 6 dias. O comprimento de onda típico e da ordem de 4300 a 6900 km. No outono ocorrem ondas mais curtas e lentas, enquanto que no inverno ocorrem ondas mais longas e rápidas. INTRODUÇÃO Uma classe de fenômeno de tempo nos trópicos, caracterizado por distúrbios nos ventos de leste, vem sendo estudada a mais de quarenta anos, tendo como precursor o modelo de ondas de leste idealizado por Riehl (1945). A maior parte dos estudos nessa área concentrou-se nas análises da dinâmica e estrutura dos distúrbios que atuam nos oceanos Pacífico e Atlântico Norte. Pouca atenção foi dada ao papel desses sistemas nas regiões equatoriais do Atlântico Sul, particularmente nas vizinhanças da América do Sul. Este trabalho analisa as principais características e estrutura ondulatória desses distúrbios no Atlântico Equatorial, durante o FGGE. Dados utilizados e Metodologia Neste estudo foram utilizados dados diários de vento do NMC (2.5 x 2.5 graus de latitude/longitude). Estes dados cobrem o período de dezembro de 1978 a novembro de 1979. A região de estudo localiza-se entre 22,5 0 N a 42,50S e 0 0 a 85 0 W. Foram construídos diagramas de "Hovmoller" (Figura 1) para os desvios da componente meridional do vento, em latitudes próximas ao equador. Neste caso foram traçados padrões de isolinhas inclinadas de desvios da varíavel; estas linhas indicam o sentido de deslocamento das anomalias com o tempo. Pode-se estimar visualmente o período, a velocidade de propagação e o comprimento de onda da perturbação, para cada estação do ano. Utilizou-se a análise espectral para determinação da estrutura e identificação dos distúrbios ondulatórios. O espectro de potência é determinado utilizando-se a transformação de Fourier da autocovariância ou por meio de correlação "lag correlation" da série temporal.
463 Resultados As análises a seguir basearam-se em dados do nível de 850 hpa, pois foi observado que os distúrbios tropicais de leste adquirem maior intensidade na baixa troposfera (Riehl, 1945; Nitta et al., 1985; Tai e Ogura, 1987). Foram analisadas seções longitude versus tempo da componente meridional do vento (não mostradas) ao longo das latitudes 0;2,5 e 5,0 S (vide exemplo Figura 1). Estes diagramas revelam a presença de distúrbios quase periódicos, que cruzam o Oceano Atlântico Equatorial no sentido leste-oeste, durante todo o FGGE. Análise preliminar desses distúrbios indica uma periodicidade média de 6 dias. Buscando um refinamento das isolinhas, os diagramas foram suavizados. Em seguida, foram calculadas as médias diárias desses dados fi l trados e, finalmente, plotou-se nos diagramas somente os valores positivos dessas médias, indicando a frente do distúrbio. Estes distúrbios foram observados ao longo das três latitudes. A tabela 1 resume as características básicas dos distúrbios ao longo do equador. Em MAM ocorre um número maior de distúrbios se propagando sobre o Atlântico Equatorial, com 17 eventos, seguido de SON com 16, JJA com 15, e por último DJF, com 14. Em DJF, apesar de se poder notar padrões de propagação de isolinhas, estas se apresentam com falhas e muito desorganizadas, o que dificulta bastante a análise. Nos demais períodos, os padrões de propagagação podem ser constatados mais facilmente, principalmente em MAM e JJA, quando se observam maiores desvios de vento meridional. Este fato sugere a presença de distúrbios mais ativos nestas duas épocas do ano. O período de onda estimado e em torno de 5 a 6 dias, tendo MAM apresentado período de 5 dias, o mais curto em relação aos outros trimestres. A velocidade de fase das ondas varia em torno de 10-13 m/s. Em MAM, as fases se propagam mais lentamente, a velocidade média de 10 m/s, enquanto que em JJA as ondas são mais rápidas, 13 m/s. As ondas de comprimento mais curto ocorrem em MAM, 4300 Km. Em contra partida, em JJA, quando a ZCIT esta deslocada mais para o Hemisfério Norte, as ondas estão mais longas, e se propagam mais rápidamente. As estimativas médias de espectros de potência suavizados da componente meridional do vento foram estimadas entre as longitudes 0 0 e 800~, ao longo da latitude 5 0 S. Esta etapa visa' identificar de forma mais objetiva a banda de frequências em que ocorrem os distúrbios nesta região. Apresenta-se a seguir os resultados para MAM e JJA(vide exemplo na Figura 2). Em MAM os perfís espectrais apresentam igualmente um certa variabi l idade longitudinal ao longo da latitude de 5 0 S. Observa-se, entretanto, algumas semelhanças de uma longitude para outra na bandas de frequência em que ocorrem os picos de energia. Uma boa parte da energia dos distúrbios está contida em período maior que 3 dias. Observa-se tambem a presença de picos, por exemplo, em torno de 10 dias em várias longitudes referentes aos distúrbios de baixa frequência. Este pico em período de 10 dias sofre atenuação a oeste de 400~, e volta a se amplificar sobre o continente, em aproximadamente 800~. O espectro de potência de. v em 500~ se aproxima ao de um ruído branco. Salvo o pico em 20 dias, a energia se distribul
464 praticamente igual em todas outras frequências. Os diagramas longitude versus tempo também indicaram a desorganização destes distúrbios próxima a esta longitude. O pico entre 3 a 5 dias define-se melhor entre as longitudes 20," e 40,". Em 60,", pico tende para 5 dias. Os periodos dos distúrbios estimados espectralmente são menores que os estimados pelos diagramas. -Em JJA a variação longitudinal dos perffs espectrais também ocorreram. Entre meridiano de Greenwich e a longitude de 70,", nota-se a permanência de distúrbios de período longo, em torno de 10 a 20 dias. Distúrbios de período de 3 a 5 dias possuem mais energia sobre oceano, entre 0 e 30,". Sobre continente, distúrbios neste intervalo de período sofrem muitas variações na intensidade da energia dos espectros. Em torno de 40,", a -energia associada a distúrbios com esta periodicidade diminue bastante, e volta a aumentar em torno de 50,". Entre 60 0 We 70 0,", apesar de os espectros conterem uma quantidade razoável de energia, não há picos que se destaquem. Em 80 0,", aparece um pico próximo de 5 dias, que pode ter como causas forçantes locais. Conclusões Anál ises dos diagramas longitude versus tempo da componente meridional do vento, revelam a presença de distúrbios ondulatórios se propagando de leste para oeste sobre o Oceano Atlântico Equatorial durante o ano do FGGE. Nestas análises os distúrbios apresentaram periodicidade de 5 a 6 dias. Nos trimestres MAM e JJA, as ondas apresentaram amplitudes maiores e propagação de fases de forma mais organizada. Entretanto, nestes dois períodos os resultados mostraram possuir características opostas. Enquanto que em JJA as ondas eram mais longas(em torno de 6900km) e rápidas, em MAM as ondas eram mais curtas(em torno de 4300km) e lentas (velocidade de 10 m/s). O espectro de potência da componente meridional do vento ao longo de 5 0 S, indica claramente a existência de distúrbios com período entre 3 a 5 dias durante os trimestres MAM e JJA. Em DJF, estes distúrbios parecem ocorrer entre 0 0 e 10 0,", sobre o oceano. Referências Nitta, T. et alo A Global analysis of the lower tropospheric disturbances in the tropics during the northern summer of the FGGE year. Part 1: Global features of the disturbances. Journal of the Meteorological Society of Japan, 63(1): 1-19, Fev., 1985. Riehl, H.,"aves in the easterlies and the polar front in the tropics. Dept. of Meteorology. Univ. of Chicago, misc. repto 17, 79 pp, 1945.
465 Tai, K.S.; Ogura, Y. An observational study of easterly waves over the Eastern Pacific in the northern summer using FGGE data. Journal of Atmospheric Sciences, 44(2):339-361, Jan. 15, 1987. A B M AR...'." 10 J A N A BR 20 10 F Fig. - Diagramas de longitude versus tempo de desvios da componente meridional do vento, em relaçao à média do trimestre, filtrados para o intervalo de 2 a 10 dias, para DJF e MAM, do nível de 850 hpa, ao longo do equador. Estao plotados somente os desvios positivos. Intervalo dos contornos:1 m/s.
466 A...... B DJF... MAH I...... ~ ------~ "fwxlo 1...1 Fig 2 Estimativas de espectro de potência suavizado de desvios da componente meridional do vento em relaçao a media de cada trimestre do nivel de 850 hpa e latitude de 5.0 S de (a) OJF e (b) MAM. O eixo das coordenadas está em escala logaritima. Unidade das coordenadas: m dia/s. O intervalo de confianca para os picos significaticativos estao plotados no grafico na banda entre 3 e 5 dias.
467 ANÁLISE DO DESEMPENHO DE ÍNDICES DE INSTABILIDADE COMO PREVISORES DE TEMPESTADES NA REGIÃO CENTRO-SUL DO BRASIL C~sar Augustus Assis Beneti Instituto de Pesquisas Meteorológicas/UNESP C.P. 473 - BAURU - SP - CEP 17033 Maria Assunção Faus Silva Dias Instituto Astronômico e Geofísico/USP C.P. 30627 PAULO - SP - CEP 01051 RESUHO Neste trabalho, é feita a análise do desempenho de vários Índices de Instabilidade como previsares de tempestades severas na região centro-sul do Brasil. Apesar de terem sido desenvolvidos para latitudes médias no hemisfério norte e adaptados a condições locais, os Índices apresentaram bom desempenho quando relacionados com a estação chuvosa do ano e para situações sinóticas de malor precipitação, como também quando feita uma comparação dos Índices em diversas estações meteorológicas do centro-sul do Brasil. 1. Introdução: Os Índices de Instabilidade são parâmetros numerlcos de cálculo objetivo que visam estabelecer uma relação entre a ocorrência de tempestades e a circulação de mesa ou grande escala nas quais estão imersas, e para tentar prognosticá-las, utilizam-se dos perfis verticais de vento, temperatura e umidade. A Tabela 1 apresenta um sumário dos índices aqui estudados <Showalter, Fawbush-Miller, Galwa~, K, TotaIs, SWEAT, Dru~an-Sant, CAPE). Uma descrição dos diversos índices de instabilidade podem ser encontrados em Beneti e Silva Dias (1986). 2. Hetodologia: O estudo dos índices foi dividido em três partes a saber: variação anual dos índices de instabilidade para a estação do aeroporto de Congonhas em São Paulo; comparação dos índices para diversas sitll--~es sinóticas e comparação dos valores m~dios dos índices para estações da região centro-sul do Brasil.
468 Para a verificação da ocorrência de tempestades, os dados disponíveis de registro de precipitação foram usados anteriormente por Gandu e Silva Dias (1984). Desse modo, tentou-se estabelecer uma relação entre as condições sinóticas prevalecentes durante os dias de observação de tempestades por radar meteorológico e os índices. A fim da análise da variação dos índices para diversas locais, são utilizados dados de radiossondagem das estações de: Campo Grande/MS (83612), Galeão/RJ (83746), Congonhas/SP (83780), Curitiba/PR (83840) e Porto Alegre/RS (83971), no período de 1970 e 1976. 3. Resultados: a) Variação anual dos índices de instabilidade para a estação de Congonhas (Período 1971 a 1982): As médias mensais de precipitação na estação climatológica do IAG/USP, em São Paulo, no período de 1833 a 1982, indicam que no primeiro trimestre do ano, a média de precipitação é maior que nos demais trimestres. Como pode-se observar, da Tabela 2, os valores médios dos índices K, Sweat, Dru~an e Cape, são maiores no primeiro e no quarto trimestre indicando maior probabilidade de ocorrência de tempestades neste período, uma vez que, para estes índices, a probabilidade aumenta quanto maior for o valor encontrado. Já no caso dos índices de Showalter, Fawbush-Miller e Galwa~, a probabilidade de ocorrer tempestades aumenta quanto mais negativo for o valor encontrado, como o que ocorreu no mesmo periodo. b) Índices de Instabilidade comparados com observações de tempestades: Na tabela 3, temos os valores médios dos índices para os seguintes padrões sinóticos (PS): PS1 - dias com frente fria de rápido deslocamento, PS2 - dias com atividade pré-frontal, PS3 dias com frente fria semi-estacionária, PS4 - dias com atividade pós frontal, PS5 - dias com frente quente, PS6 - dias com domínio de alta pressão e muita precipitação, PS7 ~ dias com domínio de alta pressão e pouca precipitação, e PS8 - dias com ausência de ecos.
469 Comparando-se as situa,ões sinóticas com os valores médios dos índices. podemos notar que na presen,a de frentes frias de lento deslocamento e frentes quentes, os índices indicam maior instabilidade. Já no caso de dias com domínio de alta pressão. as situa,ões 6 e 7. que estão mais relacionadas com tempestades de natureza convectiva, para o padrão 6, com dias de muita precipita,ão. os valores encontrados em geral, indicam condi~ões instáveis e possibilidade de ocorrer tempestades. O padrão sinótico 8, que corresponde aos dias com ausência de ecos de precipita~ão, indica condi~ões mais estáveis para todos os índices. Desse modo, é possível perceber que realmente e~iste variação entre o valor médio dos índices para diferentes situa~ões sinóticas, permitindo fazer uso desta informa~ão na previsão de tempestades. do Brasil c) Valor médio dos índices para esta,ões da região centro-sul Os índices K. TotaIs e Sweat tiveram uma varia~ão das médias bastante semelhantes. com valores menores, que indicam maior estabilidade, para as esta~ões pró~imas ao litoral do Brasil, como é o caso das esta~ões 83746 e 83971, e valores mais altos para esta~ões mais distantes do litoral, como por e~emplo Campo Grande (83612). O mesmo aconteceu para os índices de Showalter, Galwa~ e Fawbush-Hiller. onde que valores menores, que indicam maior instabilidade, foram encontrados para a esta~ão 83612. De modo geral, os índices têm uma distribuição espacial com valores médios que indicam maior estabilidade para as estações mais ao sul do Brasil, e também para as mais pró~imas ao litoral, e valores que indicam maior instabilidade, ou maior probabilidade de ocorrência de tempestades para as estações no interior do continente. 4. Conclusão: Os índices de instabilidade são utilizados como informação suplementar, para au~iliar o previsor na análise e previsão do tempo. Geralmente, de maneira operacional, procura-se obter cartas com a distribuição espacial de alguns índices e comparar com outros dad~ Leorológicos (por e~., cartas sinóticas), como no caso do índice K, usado pela FAB.
470 Sendo objetivo deste estudo a análise do desempenho destes índices com rela,ão à previsão de ocorrência de tempestades, procurou-se, com os dados disponíveis, verificar a varia,ão temporal e espacial dos valores médios dos índices e em rela,ão a dias com ocorrência de tempestades para a região centro-sul do Brasil. Com este estudo pudemos observar que todos os índices pesquisados apresentam de certa forma, uma varia,ão para condi,ões adversas do tempo, Indicando que podem realmente ser utilizados como previsores de tempestades. Embora os índices tenham em alguns casos dado respostas diferentes, é necessário observar que a natureza das tempestades podem ser diferentes e cada índice procura caracterizar determinada situa,ão de tempo. Assim, com a experiência operacional pode-se fazer uma classifica,ão que melhor se adapte a cada região, uma vez que muitos parâmetros utilizados dependem da climatologia local. Agradecimentos: A pesquisa foi financiada pela FAPESP e FINEP. TABELA 1: Índices de Instabilidade 1ndice descri,ão sumária Showalter 1S = T T' ~oo ~oo Galwa~ 1L = T T" 500 500 Fawbush-Miller IFM = T T'" 500 ~OO Índice K K = (T T 500 ) - Td (T 700 Td ) 850 8~0 700 TOTALS TOT = T + Td 850 850 2T 500 SWEAT SW = 12Td + 2W + 2W + 20(TOT - 49) + f(oc) 8S0 850 ~OO Oru~an-Sant los = w / (p Pnç1.) NE (8-8 por CAPE om~ CAPE = J 9 9 NCC Gmb dz
471 TABELA 2: Valor médio dos índices por trimestre no período de 1971 a 1982 na estação de Congonhas, SP K TOTAL SWEAT 1S IL IFH los CAPE 1 TR1 10. 42. 198. 1.6-1.1 1.0 2.5 1336. 2 TRI 2. 40. 152. 3.6 0.6 4.0 1.7 747. 3 O TR1 1. 40. 142. 4.0 1.1 4.8 1.5 820. 4 o TR1 7. 41. 190. 2.5 0.0 2.5 2.3 980. TABELA 3: Valores médios dos índices para os padrões sinóticos. PS K TOTAL SWEAT IS IL IFH los CAPE 1 10. 43. 184. 2.1 0.0 4.2 2.8 383. 2 11. 44. 216. 1.1-2.3 0.8 1.6 1429. 3 14. 44. 216. 1.2-2.1 0.0 2.1 1258. 4 13. 43. 225. 1.4-1. 1 0.4 2.9 1172. 5 18. 46. 227. -0.4-0.6-0.1 3.3 920. 6 8. 41. 164. 1.8-1. 9 0.0 1.6 1251. 7 2. 39_ 188. 4.6 0.8 2.8 1.8 798_ 8 1. 37. 163. 6.5 1.2 5.5 1.4 747. TABELA 4: Valores médios dos índices para as. est ações da região centro-sul do Brasil. Estação K TOTAL SWEAT 1S 1L 1FH los CAPE 83612 10. 43_ 170. 1.6-2.0 0.7 1.5 1480. 83746 6. 41. 146. 3.0-1.6-0.4 3.1 2476_ 83780 9. 42. 154. 2.5-1.1 1.0 1.4 1604. 83840 8. 41. 163. 2.9-0.4 2.7 2.8 894. 83971 1. 39. 129 4_8-0.2 3.5 2.8 994. Referências Bibliográficas: Beneti. C.A.A.; Silva Dias, H.A.F. Análise do desempenho de 1ndices de Instabilidade na região ~e São Paulo. I Congr. 1nteramer. Heteor., IV Congr. Bras_ Heteor., Brasília, DF, 20-24 outubro, 1986. Anais, SBHET, v.2, 65-70. Gandu. A.W.; Silva Dias" H.A.F. Características ambientes durante a observação de ecos de radar na regiao leste do Estado de São Paulo. 111 Congr. Bras. Heteor., Belo Horizonte, HG, 3-7 dezembro. 1984. Anais, SBHET, v.l, p. 381-388.