ESTUDO SOBRE A FORMAÇÃO E PREVISIBILIDADE DE UM TORNADO EM PIRACICABA, USANDO O MODELO REGIONAL BRAMS E ÍNDICES DE INSTABILIDADE ATMOSFÉRICA Willians Bini 1 Mariana Lino Gouvêa 2 Celso Oliveira 3 Edmilson Dias de Freitas 4 RESUMO: No dia 29 de Março de 2006, um tornado atingiu a cidade de Piracicaba, interior de São Paulo, aproximadamente às 11:35 da manhã causando diversos transtornos. O evento gerou notícias na mídia devido à sua intensidade e danos físicos. O presente trabalho faz uma análise sinótica do evento, verificando as condições atmosféricas que o antecederam. Também foi realizada uma simulação em alta resolução com o modelo regional BRAMS com o objetivo de simular as condições do tempo e verificar a capacidade do modelo em prever ou ajudar como indicativo de condições favoráveis para a formação de um tornado. Foram calculados diversos índices atmosféricos através das saídas numéricas. São eles: índices Showalter, Sweat, Tottals e K, além do CAPE, CINE e DNVR. Com isso, pode-se utilizar determinadas variáveis e suas combinações como prognóstico para a previsão de situações favoráveis à formação de tornados e tempestades severas no Estado de São Paulo. ABSTRACT: On 29 March 2006, the city of Piracicaba SP - was reached by a tornado causing lots of troubles. The event generated interest of the media due to its intensity and damages. The present work brings a synoptic analysis of the event, identifying the atmospheric conditions that preceded the event. Also, a high resolution simulation with the BRAMS model was made in order to simulate the weather conditions and verify the model s ability in forecast and provide favorable information about tornado formation. Atmospheric indexes were calculated from the numerical analysis, such as: Showalter, Sweat, Tottals, CAPE, CINE and DNVR. The results show that a combination of these indexes and some variables can be used for the forecast of favorable conditions of tornados and thunderstorms in the São Paulo state. Palavras-chave: tornado, modelagem, BRAMS INTRODUÇÃO A Região Sudeste é atingida por fortes chuvas durante os meses de verão entre dezembro e março. Estas chuvas estão associadas às altas temperaturas, propagação de sistemas frontais e formação de áreas de instabilidade. Não é incomum ocorrerem transtornos como alagamentos, transbordo de rios e deslizamentos devido às altas taxas de precipitação. 1 SOMAR Meteorologia Rua Afrânio Peixoto, 262, Butantã São Paulo SP CEP 05507-000 Fone: +55 (11) 3816 2888 Fax +55 (11) 3816 2888 e-mail: willians@met.com.br 2 Departamento de Ciências Atmosféricas IAG/USP Rua do Matão, 1226, Cidade Universitária São Paulo SP CEP 05508-090 e-mail: mariana@model.iag.usp.br 3 SOMAR Meteorologia Rua Afrânio Peixoto, 262, Butantã São Paulo SP CEP 05507-000 Fone: +55 (11) 3816 2888 Fax +55 (11) 3816 2888 e-mail: celso@met.com.br 4 Departamento de Ciências Atmosféricas IAG/USP Rua do Matão, 1226, Cidade Universitária São Paulo SP CEP 05508-090 e-mail: efreitas@model.iag.usp.br
A cidade de Piracicaba, localizada no interior do estado de São Paulo, foi atingida por um tornado no dia 29 de março de 2006. A estação automática da ESALQ (Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz) registrou um vento máximo de 158,4 km/h às 11:35 da manhã. De acordo com a Escala Fujita, que mede a intensidade dos tornados, este é considerado um tornado moderado (F1 - velocidades do vento entre 117 e 180 km/h). ANÁLISE SINÓTICA No dia 28 de março, um dia antes do evento, observa-se a formação de um ciclone extratropical sobre o oceano, na altura do litoral da Argentina. A frente fria associada ao ciclone começou a se formar na madrugada do dia 28, sobre o Estado do Rio Grande do Sul. Observa-se também sobre o Estado de São Paulo e Regiões Sudeste e Centro-Oeste, de forma geral, a formação de nuvens convectivas e temperaturas elevadas. Estas nuvens mostram que a umidade específica (absoluta) do ar estava elevada um dia antes do evento. A energia proveniente do calor latente e sensível foi um dos fatores responsáveis pela formação das tempestades severas sobre o Estado de São Paulo. A figura 1 mostra imagens de satélite dos dias 28 e 29 de março. Para o dia 29 é interessante observar que ocorre a formação de um intenso núcleo no centro do Estado de São Paulo, inicialmente separado do núcleo maior e associado à frente fria. Rapidamente este primeiro núcleo ganha força e avança sobre o Estado de São Paulo, enquanto o segundo perde intensidade na altura do Vale do Ribeira e litoral sul de São Paulo. Foi justamente este primeiro núcleo que avançou sobre Piracicaba, gerando o tornado. O aeroporto de Viracopos registrou dois eventos de chuvas e descargas elétricas no dia 29 de março. O primeiro ocorreu durante a madrugada em função das nuvens convectivas geradas pelo calor do dia anterior. O segundo evento esteve relacionado com o tornado que passou por Piracicaba, aproximadamente às 11:35 da manhã. Em Viracopos, as primeiras chuvas foram registradas às 10h00. As chuvas mais fortes foram observadas por volta das 12h10. Nesta região, não foram registradas rajadas de vento. Tornados e ventos intensos associados a tempestades severas restringem-se a pequenas áreas, o que dificulta, inclusive, sua previsibilidade 28/03/06 1200Z 29/03/06 0000Z 29/03/06 1200Z 30/03/06 0000Z Figura 1: Imagens de satélite no canal infra-vermelho para os dias 28 e 29 de março de 2006
A figura 2 mostra imagens de radar do radar do FCTH (Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica), localizado no município de Salesópolis SP. As imagens são de precipitação acumulada de 3 horas. Na seqüência de imagens é possível observar a área de chuva avançando sobre o Estado de São Paulo, sendo que no momento da ocorrência do tornado (11:35 HL / 14:35 UTC) toda a faixa leste do Estado estava com áreas de instabilidade, inclusive sobre a região de Piracicaba. a) b) c) Figura 2: Imagens de radar de chuva acumulada das últimas 3 horas para (a) 09:00 Z; (b) 12:00 Z e (c) 15:00 Z METODOLOGIA O objetivo deste trabalho é utilizar os resultados de um modelo regional e verificar se este consegue simular alguns indicativos sobre a formação do tornado em Piracicaba. Para isso, o modelo BRAMS foi integrado no cluster instalado na SOMAR Meteorologia, durante 24 horas, com saídas horárias e duas grades. A tabela 1 mostra as características de ambas grades. O modelo assimilou dados do modelo global AVN, de resolução de 1º de latitude e longitude. Foram feitas análises dos campos sinóticos previstos pelo BRAMS e geradas algumas variáveis pós-processadas. Foram calculados os índices atmosféricos SWEAT, K, TOTTALS e SHOWALTER (SILVA DIAS, 2000), para verificar suas relações com a formação do tornado. Tabela 1: Configurações das duas grades utilizadas na simulação com o modelo BRAMS Longitude: -57,64 a -37,55 Latitude: Grade 1: -31,81 a -13,37 Grade 2: resolução: 18 km Longitude: -48,79 a -46,21 Latitude: -23,80 a -21,41 resolução: 5 km
Foram também calculados os valores de CAPE e CINE através dos resultados numéricos. Segundo BENETI & SILVA DIAS (1986), pode-se determinar uma relação entre o CAPE e a precipitação máxima de uma nuvem de natureza convectiva, servindo como parâmetro para a previsão de tempestades severas. De acordo com LIMA (2005) tem-se que valores altos de CINE indicam a necessidade de uma forçante mais intensa para o levantamento da parcela. Por outro lado, não havendo qualquer CINE, o disparo de convecção tende a ser generalizado, ocorrendo o consumo rápido da energia potencial convectiva e diminuindo-se as chances de obter valores extremos de instabilidade convectiva. O denominador do número de Richardson volumétrico (DNRV, bulk Richardson number shear) é um parâmetro de cisalhamento útil na previsão de eventos convectivos severos, pois permite a discriminação entre diferentes modos de convecção severa. O DNRV é definido por WEISMAN & KLEMP (1982) como: 2 2 ( u ) DNRV = 0,5. + v [m 2.s -2 ] em que u e v são, respectivamente, as componentes zonal e meridional do vetor diferença entre o vento médio nos primeiros 6 km da atmosfera (ponderado pela densidade do ar) e o vento médio nos primeiros 500 m acima do solo. Finalmente foram feitos gráficos da variação temporal horária de cada um destes índices para o dia 29 de março. RESULTADOS A figura 3 mostra os resultados dos índices K e TOTTALS e a figura 4 mostra os resultados para os índices SHOWALTER e SWEAT, ambos para a grade 1. Os resultados indicam que a atmosfera se encontrava instável, de acordo com SILVA DIAS (2000). Já a figura 5 mostra os valores previstos de CAPE e CINE, ainda para a grade 1. Altos valores de CAPE indicam alta instabilidade condicional, que favorece a formação de tempestades com intensas correntes ascendentes (NASCIMENTO & CALVETTI, 2004). Nos resultados pode-se notar valores elevados justamente durante o episódio do tornado sobre a região de Piracicaba. Figura 3: Índices de Instabilidade K (sombreado) e Tottals (contorno) para os horários: 09:00 Z, 12:00 Z e 15:00 Z, utilizando a grade 1
Figura 4: Índices de Instabilidade Showalter (sombreado) e Sweat (contorno) para os horários: 09:00 Z, 12:00 Z e 15:00 Z, utilizando a grade 1 Figura 5: CAPE (sombreado) e CINE (contorno) para os horários: 09:00 Z, 12:00 Z e 15:00 Z, utilizando a grade 1 A figura 6 mostra os resultados para o DNVR e as figuras 7 e 8 as variações temporais (horárias) para todos os índices calculados. NASCIMENTO & CALVETTI (2004) apontam que, na região sul do Brasil, valores de DNRV > 20m 2.s -2 estão associados a condições de tempo severo e que valores entre 50m 2.s -2 e 100m 2.s -2 favorecem a formação de supercélulas. Os resultados mostram que o DNVR atingiu valores entre 60 e 70 nas proximidades de Piracicaba, indicando alto cisalhamento e condições essenciais para eventos convectivos severos. Figura 6: Valores de DNVR para os horários: 09:00 Z, 12:00 Z e 15:00 Z, utilizando a grade 1 [m 2.s -2 ]
Figura 7: Variação diária dos índices: Showalter, Sweat, K e Tottals, respectivamente, para o município de Piracicaba, utilizando a grade 2 Figura 8: Variação diária do CAPE, CINE e DNVR, respectivamente, para o município de Piracicaba, utilizando a grade 2 Com isso, podemos verificar que os resultados numéricos serviram como um ótimo indicativo de tempestade severa e formação de supercélulas sobre a região de Piracicaba. Outro fator importante foi com relação ao horário em que o BRAMS indicou maiores instabilidades, coincidindo com o horário da ocorrência do tornado. Como foi um evento ocorrido durante a manhã, o modelo pôde simular além de condições termodinâmicas, também condições dinâmicas, como o forte cisalhamento. AGRADECIMENTOS À SOMAR Meteorologia pelo apoio financeiro. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENETI, C. A. & SILVA DIAS, M. A. F. Análise da performance de índices de instabilidade como previsores de tempestades na região de São Paulo, In: Anais do IV Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasília, DF, Sociedade Brasileira de Meteorologia, v.2, pp. 65-70. 1986. LIMA, D. R. O., 2005, Diagnóstico de Chuvas e Previsão Meteorológica para a Bacia Hidrográfica do Rio Manso, Dissertação de Mestrado, COPPE/UFRJ. NASCIMENTO, E. L. Previsão de tempestades severas utilizando-se parâmetros convectivos e modelos de mesoescala: uma estratégia operacional adotável no Brasil? Revista Brasileira de Meteorologia, v.20, n.1, p.113-122, 2005. NASCIMENTO, E. L. & CALVETTI, L. Identificação de condições precursoras de tempestades severas no sul do Brasil utilizando-se radiossondagens e parâmetros convectivos. In: Anais do XIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Fortaleza, CE (CDROM), 2004. SILVA DIAS, M. A. F. Índices de Instabilidade para Previsão de Chuva e Tempestades Severas, Universidade de São Paulo, SP, 2000. WEISMAN, M. & KLEMP, J. B. The dependence of numerically-simulated convective storms on vertical wind shear and buoyancy. Mon. Wea. Rev., v.110, p.504-520, 1982.