Campus Florianópolis DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE DO VENTO EM CASO DE CICLONE Camila Simões Instituto Federal de Santa Catarina Campus Fpolis Av. Mauro Ramos, nº 950, Centro, CEP: 88020-300 Florianópolis - Santa Catarina ca.mi.la.simoes@hotmail.com Gabriel Dominguez Cordeiro Instituto Federal de Santa Catarina Campus Fpolis Av. Mauro Ramos, nº 950, Centro, CEP: 88020-300 Florianópolis - Santa Catarina gabloguez@gmail.com Thuany Schmidt Instituto Federal de Santa Catarina Campus Fpolis Av. Mauro Ramos, nº 950, Centro, CEP: 88020-300 Florianópolis - Santa Catarina thuanys@hotmail.com RESUMO: Este trabalho apresenta um sistema para identificação e determinação do vento máximo em algumas cidades (áreas) da região sul brasileira em caso de ciclone, se utilizando de dados do modelo de previsão numérica ETA e das inúmeras propriedades do software GrADS, criou-se uma forma de automatizar através de scripts, o processo de identificação do ciclone, para disponibilizar como produto final na internet, em uma página elaborada pelo grupo, a localização do ciclone e a velocidade do vento máximo que ele possa causar nas cidades pré estabelecidas que são: Curitiba (PR); Joinville, Florianópolis, Criciúma (SC) e Porto Alegre, Rio Grande (RS). Esse sistema tem como objetivo principal, a rapidez na transmissão da informação, para que se tente prevenir e evitar os danos causados por um ciclone extratropical.
1.INTRODUÇÃO Os ciclones extratropicais são sistemas sinóticos de baixa pressão que ocorrem em áreas extratropicais. As regiões em que ele está presente há chuva e ventos fortes (Monteiro 2007). Estudos encontrados na literatura explicam o sistema de formação dos ciclones extratropicais. Bjerknes em 1919 concluiu que a formação dos ciclones extratropicais acontece pela interação de uma massa de ar polar com uma massa de ar tropical onde o ar da massa de ar mais frio força o ar mais quente à ascender resultando então na formação de nuvens e também no sistema de baixa pressão, visto que, com a ascensão do ar haveria uma diminuição no peso da coluna de ar, resultando em convergência em superfície. Outro estudo concluiu que no processo de formação do ciclone extratropical as forças de Coriolis, gravitacional e de fricção contribuem no processo de formação do ciclone extratropical (Bjerknes e Solberg, 1922). Sutcliff (1947) desenvolveu a primeira equação de descrição do desenvolvimento de ciclones e anticiclones considerando que a divergência pode ser relacionada com a variação de pressão em superfície e o campo de vorticidade em vários níveis na vertical. Em seu estudo, Petterssen e Smebye em 1971 classificaram o mecanismo de desenvolvimento de ciclones extratropicais em tipo A e B. O tipo A se desenvolve a partir de uma onda frontal em superfície gerada pela instabilidade baroclínica não havendo a influência de cavados em níveis superiores no inicio da sua formação. A classificação do tipo B seria dada àqueles que se desenvolveram a partir da influência da advecção de vorticidade ciclônica em níveis superiores e pelo efeito sotavento das montanhas. Os ciclones extratropicais formam-se, geralmente, sobre superfícies oceânicas, isso por que ele adquire a energia para seu desenvolvimento através do calor latente por condensação liberado pelos oceanos. Estudos mostram que intensos gradientes de temperatura da superfície do mar (TSM) podem contribuir para a baroclinia em médios níveis, tornando possível, assim, a formação um ciclone extratropical (Pinto e Rocha, 2006). O deslocamento dos ciclones extratropicais é determinado a partir da força do gradiente de pressão. O mecanismo utilizado pelo ciclone como sumidouro de energia é a força friccional que diminui a intensidade dos ventos. (Bjerknes e Solberg, 1922). O sistema se mantêm ativo enquanto ele é baroclínico, quando ele atinge a barotropia ele entra em ciclólise. Isso acontece quando o ramo frio do ciclone encontra o ramo quente, ou seja as frentes ocluem.(reboita, 2008) Os estudos mostram que para que a ciclogênese, ou formação do ciclone, ocorra é necessário que a atmosfera esteja em baroclínica. Na região da atmosfera em que a divergência é maior do que a região em sua volta inicia-se a ciclogênese em consequência disso começa a ascensão de ar, devido essa ascensão forma-se uma forte convergência em superfície, o que intensifica ainda mais a ascensão. À medida que há a ascensão do ar o peso do ar na superfície na região da ascensão diminui significativamente gerando um sistema de baixa pressão em superfície.
Foi desenvolvido por Murray e Simmonds (1991a) um esquema numérico para a identificação da localização de ciclones, esse esquema identifica pontos mínimos de pressão atmosférica ao nível médio do mar e compara com pontos de grade vizinhos. Além disso, o esquema numérico identifica pontos de grade onde o laplaciano horizontal de pressão seja maior do que os pontos vizinhos e também de um valor anteriormente especificado. Murray e Simmonds em um estudo de 1991 julgam a vorticidade relativa como melhor variável para a identificação e para estimar a velocidade de deslocamento do sistema. Adaptando o esquema de Murray e Simmonds desenvolveram outro esquema que se baseia nos pontos mínimos de vorticidade relativa geostrófica em 1000 hpa para a identificação o sistema ciclônico. A ocorrência de ciclones extratropicais na região do litoral sul do Brasil traz prejuízos para a população em geral. Foi divulgado pela defesa cicil o levantamento de danos que o ciclone extratropical Catarina que atingiu a costa sul brasileira na segunda quinzena de março de 2004 causou, foram 33.165 pessoas desabrigadas, 518 pessoas feridas, 7 pessoas desaparecidas, 4 mortos, e a população afetada foi de 412.548. Ainda na divulgação do levantamento de danos do ciclone Catarina a defesa civil expôs um dos aspectos que contribuíram para a quantidade de danos e prejuízos: a falta de um sistema de informação adequado foi prejudicial para o gerenciamento do evento. Tendo em vista a falta de sistemas de informação com respeito a alertas de ciclones extratropicais, desenvolveu-se um página na rede mundial de computadores que informa a velocidade máxima do vento em cidades préestabelecidas quando há presença de ciclones na costa de região sul brasileira e oceano adjacente. Para que a informação da presença de ciclones seja obtida foi necessário a adaptação de scripts para a obtenção de dados e a partir desses dados a identificação do ciclone e vento máximo nas cidades por um GS (GrADS Script). 2.DADOS E METODOLOGIA A partir dos esquemas numéricos de previsão de Murray e Simmonds (1991a), desenvolveu-se um sistema computacional para a previsão de ciclones na área de 24/40 S 56/40 W. Para a identificação de vento foi pré-estabelecidas cidades próximas do litoral da região sul do Brasil e que são conhecidas, no Paraná: Curitiba 25 32'/25 21'S 49 22'/49 07'W. Em Santa Catarina: Joinville, 26 23'/26 13'S 48 59'/48 46W, Florianópolis 27 50'/27 20'S 48 36'/48 20'W e Criciúma 28 43'/28 37'S 49 27'/49 16'W.No Rio Grande do Sul: Porto Alegre 30 15'/29 52'S 51 25'/50 51'W e Rio Grande 32 20'/31 46'S 52 25'/51 36'W. Após a região de identificação do ciclone e das áreas de identificação do vento máximo serem definidas, primeiramente utilizou-se as saídas do modelo numérico de previsão ETA, que é um modelo de mesoescala em ponto de grade e cobre a maior parte da América do Sul e oceano adjacente. Os dados do modelo ETA ficam a disposição na página do CPTEC/INPE (Centro de Previsão e Estudos Climáticos/Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), através desses dados são gerados mapas por meio do software GrADS, que é um software usado para a manipulação de dados
e geração de mapas. Desenvolveu-se um script, em linguagem shell, que nada mais é que uma lista de comandos que podem ser executados automaticamente, sem a interação do usuário, para resgatar os dados da pagina do CPTEC/INPE e armazená-los em um diretório para a manipulação desses dados por meio de um GS. Foi fornecido pelo Dr. Daniel Pires Bitencourt um script em extensão GS, que tem por função identificar os pontos da área com o menor valor de pressão e maior laplaciano comparando com os valores em torno do ponto, informar a latitude, a longitude, o dia e a hora em intervalos de 6hrs, que são chamados de tempos, utilizando os dados fornecidos pelo CPTEC que já foram resgatados e armazenados em um diretório anteriormente.. Neste script GS foram acrescentados comandos que informam o vento máximo no ponto identificado como ciclone. Após a identificação de todos os dados necessários o script.gs através do software GrADS, gera mapas dos campos de pressão e laplaciano. Após o resgate dos dados na página do CPTEC e rodado o script, desenvolveu-se uma página na rede mundial de computadores com linguagem HTML e PHP que utiliza das informações fornecidas pelos dados rodados no GS, de velocidade do vento nas cidades préestabelecidas, gera alertas quanto a velocidade do vento em caso de ciclone, fornecendo ao público informações relevantes à navegação segura. Além disso a página fornece links para acesso aos sites do CPTEC/INPE, ao portal do curso de meteorologia do IFSC (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina- Campus Florianópolis) e a página de alertas da Defesa Civil de Santa Catarina. Na página há também links para o acesso ao sistema de alerta da própria página e para um texto explicativo sobre ciclones extratropicais. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Após o resgate dos dados, através do script desenvolvido no Shell, iniciou-se o processo de testes do GS (GrADS Script) no software GrADS na segunda quinzera de maio de 2009, nas aulas de PI (Projeto Integrador) e ACM (Aplicativos Cumputacionais Meteorológicos). Com isso, o obstáculo inicial encontrado foi de não haver baixas pressões na região de identificação durante o período de testes, entretanto, com os dados do modelo ETA do dia 26/06/2009, foi identificado a previsão de ciclone em 6 tempos, 29/06/2009 18Z, 30/06/2009 00Z, 30/06/2009 06Z, 30/06/2009 12Z, 30/06/2009 18Z, 01/06/2009 00Z. Para cada tempo, o script GS fornece um arquivo (.dat) e mapas de pressão e laplacinao da pressão com dados da baixa pressão encontrada, sendo o mais relevante nesse caso, o dia 30/06/2009 as 00Z, em que o GS nos fornceu os seguintes dados, o centro de baixa se encontrava na latitude 37,8 S, longitude 55,8 W, pressão 981,4 hpa, valor do Laplaciano da pressão de 16,48, com os seguintes valores de vento máximo nas áreas estabelecidas de 4,3 m/s em Curitiba, 4,6 m/s em Joinville, 9,7 m/s em Florianópolis, 9,7 em Criciúma, 7,6 m/s em Porto Alegre e 6,6 m/s em Rio Grande. Conforme pode ser visualizado na Figura 1 e 2.
4.CONCLUSÕES FIGURA 1: Laplaciano da pressão 00z 30/06/2009 Depois de se conhecer os meios de formação e dissipação dos sistemas ciclônicos, os dados de modelos numéricos e scripts em linguagem shell, decidiu-se as áreas para identificação dos ciclones e as cidades para determinação do vento máximo. Desenvolveu-se então os scripts para busca dos dados do modelo ETA e identificação dos ciclones e seu vento máximo nas cidades pré-determinadas. Após isso foi desenvolvida uma página na internet que informa a velocidade do vento em metros por segundos nas cidades escolhidas. Finalizando assim o objetivo do projeto que era a sistematização de um dado bruto até seu produto final, o qual está disponível para o usuário, em linguagem usual. Alcançaram-se todos os objetivos propostos no projeto exceto um, que é quanto a determinação da direção do vento nas mesmas cidades escolhidas, ficando assim, como proposta para trabalhos posteriores. 5.AGRADECIMENTOS FIGURA 2: Pressãs ao nível do mar(hpa) 00z 30/06/2009 A profª Camila Cardoso agradecemos ao apoio, incentivo e constante disposição apesar da escassez de tempo. Agradecemos a paciência, orientação e compreensão da Drª. Márcia Vetromilla Fuentes, mesmo quanto parecíamos desmotivados. Ao Professor Herval Daminelli agradecemos a disposição, ao seu esforço e ao seu constante bom humor.
Ao Dr. Daniel Pires Bittencourt agradecemos a sua disposição de tempo e conhecimentos. Aos nossos colegas de classe agradecemos a sua disponibilidade de compartilhar seus conhecimentos e incentivo. operation of the scheme. Australian Meteorological Magazine, v. 39, 155-166, 1991a. PETTERSSEN, S.; S. J. SMEBYE, 1971: On the development of extratropical cyclones. Quart. J. Roy. Meteorol.Soc., 97 (414), 457-482. 6. REFERÊNCIAS ALVES, MARCIO LUIZ. Furacão Catarina: Prevenção, Monitoramento e Avaliação de Dados. Departamento Estadual de Defesa Civil, Santa Catarina. Disponível em: <http://www.defesacivil.sc.gov.br/index.php? option=com_content&task=view&id=67&itemid =151> Acesso em 02 julho 2009. BJERKNES, J., 1919: On the Structure of Moving Cyclones. Geof. Publ., 1 (2), 1-8. PINTO, J. R. D; ROCHA, R. P.: Estudo sinótico de um caso de ciclogênese na costa sul e sudeste do Brasil,2006 REBOITA, M. S.: Ciclones extratropicais sobre o Atlântico Sul: Simulação climática e experimentos de sensibilidade. Tese de Doutorado IAG/USP, 2008. SUTCLIFF, R. C., 1947: A Contribution to the Problem of Development.Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 73, 370-383. BJERKNES, J.; H. SOLBERG, 1922: Life Cycleof Cyclones and the Polar Front Theory of Atmospheric Circulation. Geof. Publ., 3 (1),3-18. MONTEIRO, Maurici A.. Caracterização climática do estado de Santa Catarina: uma abordagem dos principais sistemas atmosféricos que atuam durante o ano. Geosul. Revista do Departamento de Geociências da UFSC, Florianópolis, v. 16, nº 31, p 69-78. 2001. MURRAY, R. J; SIMMONDS, I.: A numerical scheme for tracking cyclone centers from digital data. Part I: Development and