Boa Tarde, hoje irei publicar um trecho do meu trabalho de iniciação científica no INPE, durante 2012-2013, esse trabalho foi fator decisivo para a minha transferência para a graduação de meteorologia, espero que gostem!

Nelson Jesus Ferreira (INPE, Orientador)

E-mail: nejefe@hotmail.com

ANÁLISE DE SISTEMAS METEOROLÓGICOS POR MEIO DO PADRÃO DE OSCILAÇÃO PRINCIPAL

Resumo

Este estudo tem como objetivo avaliar a variabilidade espaço-temporal dos sistemas dominantes de propagação de grande escala que afetam a America do Sul utilizando a técnica Principal Oscillation Pattern (POP). Pretende-se analisar as oscilações de escala sinótica bem como estabelecer como esses fenômenos afetam o Brasil. As analises serão feitas utilizando-se principalmente dados diários de velocidade potencial, geopotencial derivados das reanálises do National Centers for Environmental Prediction, EUA. O período de estudo estende-se de janeiro de 2001 a dezembro de 2010.

Diversos trabalhos já documentaram as principais características dos sistemas de tempo que afetam a América do Sul (AS) nas diversas escalas de variabilidade. Nesse contexto, destacam-se os sistemas de escala sinótica como frentes, ciclones extratropicais, a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e vórtices ciclônicos na média e alta troposfera.

Na escala sinótica os sistemas frontais e a ZCAS são considerados os principais causadores de precipitação na região. Na escala intra sazonal, a atuação da Oscilação Madden Julian (OMJ), durante o verão austral, influencia a posição e intensidade da ZCAS. A OMJ é considerada o principal modo de variabilidade na escala intra sazonal atuando na região tropical do globo (Madden e Julian, 1971, 1972). Esta oscilação consiste de eventos episódicos de convecção organizada originando-se no Oceano Índico, propagando-se para leste (Madden e Julian, 1994) e modulando a atividade convectiva principalmente na região da Indonésia, Oceano Pacífico Equatorial Central, Nordeste e Sudeste do Brasil (Casarin e Kousky, 1986; Kousky e Kayano, 1994; Madden e Julian, 1994; Liebmann et al., 1999; De Souza e Ambrizzi, 2006; Castro e Cavalcanti, 2006).

Vários estudos sugerem a existência de uma relação entre a oscilação intrasazonal (OIS) a posição e intensidade da ZCAS (Casarin e Kousky, 1986; Nogués-Paegle e Mo, 997; Liebmann et al., 1999; Carvalho et al., 2004). Uma das características mais notáveis dessa conexão é a alternância de períodos secos e úmidos entre a porção subtropical e a região da ZCAS durante o verão austral. Esse dipolo de precipitação e circulação é referido como padrão gangorra na AS (Casarin e Kousky, 1986; Grimm e Silva s, 1995; Nogués-Paegle et al., 1997; Nogués-Paegle et al., 2000).

Dentre as técnicas utilizadas para a identificação dos padrões simultâneo de variabilidade temporal dos sistemas meteorológicos, o uso das Funções Ortogonais Empíricas (EOF) tem sido extensivamente utilizado no Brasil. Entretanto, deve-se destacar que no caso das EOFs os padrões obtidos e os coeficientes associados descrevem essencialmente sinais estacionários, ou seja, uma estrutura espacial fixa, cuja amplitude varia com o tempo (von Storch et al., 1988). Por outro, se quisermos analisar uma estrutura de sinais que se propagam no espaço deve-se utilizar dois padrões tal que o coeficiente do primeiro está defasado/adiantado em relação ao coeficiente do segundo, metodologia essa denominada Padrão de Oscilação Principal (em inglês: Principal Oscillation Pattern (POP)).

O presente Projeto tem como objetivo avaliar os padrões dominantes de propagação dos sistemas atmosféricos que afetam a America do Sul utilizando a técnica POP. Especificamente pretende-se: Modelar sistemas de duas variáveis associadas às equações dinâmicas lineares para monitorar a propagação de sistemas meteorológicos, e avaliar padrões espaciais de propagação dos sistemas atmosféricos de escala global que afetam a América do Sul.

A área de estudo contemplada no presente trabalho envolve um domínio global (600 N a 400 S). Nesse domínio ênfase será dada a análise das oscilações de altas frequências focando sistemas propagantes na média e alta troposfera, como vórtices migratórios de latitudes subtropicais e médias e ciclones extratropicais. O período de estudo será de 2001 a 2010.

O presente Projeto contempla o uso dos seguintes de média diária das componentes zonal e meridional do vento e geopotencial nos níveis atmosféricos de 850, 500 e 250 hPa obtidas do conjunto de dados da Reanálise do National Centers for Environmental Prediction (NCEP) ( Kalnay et al., 1996) e disponíveis em http://www.cdc.noaa.gov. Os dados das reanálises encontram-se disponíveis em uma grade com espaçamento de 2,50de latitude e longitude. As componentes zonais e meridionais serão utilizadas para calcular as componentes divergentes do vento (velocidade potencial) seguindo a formulação apresentada por Bluestein, (1993) .

Os resultados obtidos através das análises:

A figura 1 mostra o comportamento médio da radiação de ondas longas emergentes sob a América do Sul e suas vizinhanças, durante o período de 2001 a 2010.

Os valores baixos de OLR estão associados com a temperatura do topo das nuvens convectivas nos trópicos, ou indiretamente com precipitações, e os valores mais elevados estão associados com a temperatura de nuvens baixas de seus topos, ou a superfície terrestre.

Observa-se que em média grande parte da região noroeste do Brasil é caracterizada por atividade convectiva, que também se estende ao longo da Zona de Convergência Intertropical (ITCZ) no oceano Atlântico Tropical Norte.

Os valores baixos de OLR ao sul de 40º sul estão associados a passagem de sistemas frontais.

Destaca-se, nessa figura a presença das altas subtropicais do pacífico Sul e do Atlântico Sul, caracterizados por altos valores de OLR, e a subsidência.

A figura 3 mostra o padrão espacial do 1ºmodo da EOF da variável OLR, período de 2001-2010, a escala a direita se refere a amplitude do sinal. Esse padrão espacial reflete a presença da Zona de Convergência do Atlântico Sul, que se estende da Amazônia até o Oceano Atlântico Sudoeste, por outro lado as anomalias positivas OLR centradas no sul do Brasil refletem as áreas de subsidência associadas às Zonas de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), tipicamente ao longo da ZCAS, durante o período de verão observa-se atividade convectiva e consequentemente a precipitação.

A figura 3 ilustra uma série temporal do 1ºmodo da OLE, perído de 2001-2002. Nota-se que em algumas situações como em 27/03 e 29/04 de 2001 a amplitude do padrão espacial do 1ºmodo de EOF é bem expressiva. A periodicidade dos mínimos e máximos dessa série temporal evidencia a natureza intra-sazonal, aproximadamente trinta dias do 1ºmodo.

1ªimagem

2ª imagem

3ª imagem

Conclusão

Através do estudo do POP, EOF para desenvolver e interpretar os sistemas meteorológicos que afetam a América do Sul, em destaque o Brasil, e a partir dos resultados obtidos, tem-se que a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um dos principais sistemas atuante na América do Sul, e demarcando o período de seca e estiagem no nordeste do Brasil, outro principal sistema atuante no noroeste da América do Sul, e do Brasil é a Zona de Convergência Intertropical (ITCZ) delimitando uma região com extensa faixa de nebulosidade,  caracterizada por atividade convectiva.

Previsão do tempo, como faz?

                Olá à todos, nesse post vou explicar a cereja no bolo da meteorologia: previsão do tempo. Previsão do tempo é vital para diversos setores da economia, transportes e agricultura, mas não vou me delongar sobre sua importância, vou direto ao assunto:

                Assim como todo o fenômeno físico a ciência também tenta descrever matematicamente o comportamento da atmosfera, mas essa tarefa só começou a ser possível depois que a termodinâmica e a mecânica dos fluídos se tornaram teorias físicas bem fundamentadas. Um sistema de equações diferenciais capaz de descrever o movimento dos fluídos foi desenvolvido ainda no início do século XIX. Esse sistema de equações tem como variável independente o tempo, de forma que, dadas condições iniciais, o sistema pode mostrar qual é o estado do sistema em qualquer instante no tempo.

                Embora quase toda física necessária já houvesse sido desenvolvida, para realizar a previsão do tempo, faltavam dois importantes ingredientes: medições para servirem de condição inicial e capacidade computacional. Embora algumas previsões do tempo houvessem sido feitas manualmente elas só começaram a ter utilidade prática com a primeira geração de computadores. Von Neumann, um dos pais da computação, ajudou na implementação do primeiro modelo numérico de previsão do tempo no computador ENIAC. Com o tempo e evolução computacional foi possível desenvolver modelos cada vez mais precisos que levassem em conta as interações atmosfera-oceano, atmosfera-biosfera e até mesmo a microfísica interna das nuvens.

O papel do meteorologista previsor do tempo se dá na análise dos resultados apresentados pelo modelo numérico, que, por vezes podem apresentar viéses de diversos tipos, mas dedicarei outro post só explicando o porquê dos erros da previsão do tempo. O meteorologista então, baseado no seu conhecimento dos fenômenos locais e em sua experiência, tem autonomia para acatar ou não a saída do modelo e apresentar na sua previsão os resultados que achar que melhor representarão a realidade.

A previsão do tempo esteve então, desde seu início, envolvida com pesquisas de ponta e desenvolvimento de tecnologias relacionadas com computação de alto desempenho, aquisição de dados via satélite, radar, sondagens, instrumentação etc. e vem cada vez mais adquirindo espaço e importância na sociedade.

Referência: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/WxForecasting/wx3.php

Livro: Meteorologia e Climatologia

Para quem gosta e quer ter uma base sobre meteorologia, uma dica de um livro ótimo e básico sobre ciências atmosféricas

 Meteorologia e Climatologia
M. A. Varejão- Silva

Segue o link do livro digital

http://www.agritempo.gov.br/publish/publicacoes/livros/METEOROLOGIA_E_CLIMATOLOGIA_VD2_Mar_2006.pdf

Indicação: Nelson Jesuz Ferreira, Chefe da Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais do CPTEC/INPE.

Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS)

ZCAS

A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é definida por uma banda persistente de precipitação e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste, que se estende desde o sul da Amazônia até o Atlântico Sul-Central por alguns milhares de quilômetros. (Observação: frequentemente a atividade convectiva da ZCAS pode-se estender da Amazônia até o oceano Atlântico Subtropical, enquanto em outras situações a ZCAS estendem-se a região sudeste do Brasil).

A ZCAS é considerada um dos principais sistemas de grande escala atuante no regime de chuvas sobre o Brasil nos meses de outubro a março. Ela tende a se posicionar mais ao norte no início do verão, deslocando-se posteriormente para o sul, podendo variar de 10 a 15 graus de latitude.

Esse sistema é caracterizado por um padrão de dipolo entre anomalias de precipitação nas regiões sul e sudeste do Brasil.

Existe uma associação entre períodos de enchentes de verão na região sudeste e veranicos na região sul com a permanência da ZCAS por períodos prolongados sobre a região sudeste, e períodos extremamente chuvosos no sul coincidem com veranicos na região sudeste, indicando a presença de ZCAS mais ao sul.

Sistemas que causam alterações da ZCAS são: as frentes , mudanças dentro de uma estação ( intra-sazonal), El Niño e La Niña , variações nas temperaturas do oceano, além de outros.

A ZCAS está associada a extremas ocorrência de chuvas em algumas regiões e em outras estiagem, com dependência do período de permanência do sistema, tendo forte atuação na agricultura. Em algumas áreas esse sistema trará benefícios a agricultura, trazendo chuva as plantações, em outras, o extremo de chuvas ou a estiagem prolongada pode acarretar prejuízos econômicos.

Uma característica desse sistema é sua persistência, para ser denominada Zona de Convergência do Atlântico Sul, a configuração deve permanecer pelo menos quatro dias, caso contrário, a confluência entre o ar da Alta Subtropical e o ar oriundo de latitudes mais altas pode ter sido gerada pela penetração de um sistema frontal. 

Influência das ZCAS na ocorrência de chuvas extremas e anômalas sobre os estados do Esprito Santo (ES) e de Minas Gerais em dezembro de 2013 

 

Sobre o leste de MG e o centro-norte do ES, registraram anomalias mensais superiores a 300mm. Estas anomalias foram significativas durante a segunda quinzena do més de Dezembro/13, provocando fortes impactos na população. No estado do ES, mas de 60 mil pessoas foram desabrigadas, sendo que 24 morreram vitimas de enchentes e deslizamentos. EM MG, o total de vitimas fatais chegou a 21. Durante o mês de dezembro a presença de um cavado anômalo atuando sobre parte do Sudeste do Brasil foi o sistema suporte dinâmico da ZCAS que atuou mais de 10 dias sobre os estados de MG e ES, sistema responsável da ocorrência de chuvas extremas nesses estados. 

Fontes Bibliográficas 

http://www.icess.ucsb.edu/gem/

http://www.master.iag.usp.br/

www.cptec.inpe.br/

Diferença entre tornado, furacão e dust devil (redemoinhos).

Percebo que uma das dúvidas e erros mais pertinentes sobre meteorologia é em relação as diferenças desses sistemas. Talvez o fato dos 3 girarem deve causar uma confusão na cabeça do pessoal. Portanto resolvi dedicar uma postagem para isso.

Primeiramente o furacão, costuma ter mais de 500 km de extensão, são formados no oceano, sua fonte de energia é o calor dos oceanos, não se vê funil e tem duração de dias. Só é possível ser visto por satélite:

Essa é a imagem de satélite do Haiyan, Tufão que atingiu as Filipinas em novembro de 2013.
Outro detalhe interessante que é importante na formação dessas tempestades tropicais é a de que deve existir ausência de cisalhamento do vento, em outras palavras, a direção/intensidade do vento deve variar pouco com a altura pois isso dificulta a organização do sistema.
Esse tipo de tempestade pode ter ventos de 300 km/h. Entretanto o Haiyan (foto) foi um ponto fora da curva, registrando ventos de 380 km/h, e seu centro de baixa pressão chegou a 850 hpa (nível de pressão médio de 1500 metros acima do nível do mar). Esse foi o furacão mais forte registrado pela humanidade.
OBS: Furacão, tufão e ciclone tropical é o mesmo sistema meteorológico. O nome varia dependendo de onde está localizado.


Tornados, diferentemente dos furacões, se formam no continente, têm tamanho da ordem de centenas de metros em média, têm duração que vai de minutos até algumas horas, para se formar, ao contrário dos furacões, precisa de cisalhamento intenso no vento.
Esse sistema apesar de menor, é mais intenso e as destruições podem ser drásticas, seus ventos podem passar dos 500 km/h.

Tornados aparecem em tempestades do tipo super-célula, que têm características peculiares. A assinatura delas no radar é vista como na imagem acima, parecendo um gancho. Entretanto, o tornado é um fenômeno bem raro, e ocorre apenas em poucas super-células.

Locais onde ocorrem com maior frequência é nos EUA, seguido vem a região centro-sul da Am. do Sul que inclui Sul do Brasil, São Paulo e Mato Grosso do Sul.
OBS: As chamadas trombas d'água, nada mais é que esse mesmo sistema porém sobre águas.

Dust Devil (Redemoinhos) são comuns em dias de sol, calor e com pouco vento. Não representa risco sério, e seus ventos apesar de fortes não chegam a causar destruição, são pequenos em seu diâmetro. Se formam devido à diferença de aquecimento de parcelas de ar que forma uma pequena baixa pressão e faz com que o vento gire em torno da mesma.

Imagem ilustrativa de www.weatherquestions.com  da formação do fenômeno.

Imagem de um Dust Devil (redemoinho).

Para mais informações:

Livro: Atmosfera, tempo e clima. Autor: Barry; Chorley;
Livro: Tempo e clima no Brasil
Sites:
http://www.noaawatch.gov/themes/severe.php
http://pt.wikipedia.org

Chuvas irregulares no estado de SP.

O verão 2013/2014 está sendo seco na região do estado de São Paulo até o momento, essa tendência de chuvas irregulares se deve a um sistema atmosférico conhecido como Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) estar mais a oeste do que sua posição climatológica. A ASAS é um sistema de escala sinótica que tem como característica a subsidência do ar em uma região do Atlântico, tal subsidência impede a formação de nuvens no geral. No entanto, no estado de SP, apesar de termos influência desse sistema, ele não consegue impedir totalmente a convecção (devido a efeitos locais), deixando apenas pancadas isoladas e irregulares ao longo do fim da tarde. Os modelos indicam o enfraquecimento dessa alta sobre o estado nos próximos dias.