5.1 Objetivos
Estudar as condições atmosféricas
de grande escala (extensão horizontal ≥
1000 km, escala temporal > 1 dia) associadas aos
eventos extremos meteorológicos sobre a Serra
do Mar. Especificamente, identificar as características
e processos de escala planetária e escala sinótica
responsáveis pelos eventos extremos de chuvas
fortes na região da Serra do Mar.
O entendimento detalhado da dinâmica da escala
planetária e da escala sinótica associada
aos eventos extremos permitirá introduzir melhorias
nos modelos numéricos de previsão do tempo.
5.2 Metodologia
Os dados de precipitação diários
da Agência Nacional de Águas (ANA) serão
analisados para identificar episódios de chuvas
fortes extremos, usando critérios semelhantes
do Harnack et al. (1999) e Teixeira e Satyamurty (2004).
Os eventos serão categorizados de acordo com
o sistema de grande escala predominante, por exemplo,
passagem de frente fria, cavado ou vórtice em
altos níveis, ZCAS, etc., examinando registros
da revista Climanálise e, quando necessário,
as imagens de satélite no canal infravermelho
(IR) proveniente do satélite geoestacionário
GOES-8 disponíveis no CPTEC. Os casos extremos
serão verificados com a ajuda do cadastro de
eventos críticos da Secretaria do Meio Ambiente
do Estado de São Paulo e do Ministério
de Meio Ambiente do Brasil. Também será
utilizado o Banco de Dados Meteorológicos (BDM)
do CPTEC para o período de 1996 a 2003 para confirmação
dos casos.
Os dados de reanálise do National Centers for
Environmental Prediction (NCEP) com a freqüência
de 6 em 6 horas, os dados de TSM diários provenientes
do NCEP e as imagens de satélite no canal IR
serão usados para determinar a estrutura e a
dinâmica dos sistemas meteorológicos de
escala sinótica associadas aos eventos e as condições
da superfície do mar no Atlântico Sul.
Os dados da reanálise permitirão estudar
o escoamento em vários níveis da atmosfera
e os perfis termodinâmicos. Serão obtidas
os seguintes campos derivados: vorticidade (z) e divergência
(D) em baixos (850 e/ou 925 hPa) e altos níveis
(300 ou 200 hPa), função frontogenética
(F) em baixos níveis, movimento vertical (w)
na média troposfera (500 hPa), convergência
do fluxo de umidade (CH) na baixa troposfera, e outras
variáveis que possam caracterizar a situação
sinótica e sua evolução dinâmica
(Holton, 1992; Bluestein, 1993). As expressões
usadas para os cálculos das quantidades derivadas
estão apresentadas na próxima seção.
A definição do evento de chuva intensa
e prolongada deve se basear nas precipitações
observadas, e não nos parâmetros como radiação
de onda longa ou temperatura do brilho proveniente das
imagens de satélite. Isso se deve ao fato de
que, ainda, os métodos indiretos e remotos não
conseguem representar satisfatoriamente as precipitações
observadas. Sabemos que os dados disponibilizados pela
ANA não captam todos os eventos, outras fontes
de dados serão buscadas para selecionar os eventos
Os estudos de Figueroa et al. (1995) mostram que a formação
e manutenção de ZCAS estão relacionadas
com a atividade convectiva sobre a região Amazônica,
a alta da Bolívia e a baixa de altos níveis
sobre a Região Nordeste. Mesmo assim, a questão
da formação e manutenção
de ZCAS não está totalmente esclarecida.
Por exemplo, de que forma a ZCAS induz a aproximação
de frentes frias vindas do Sul? O que controla o lento
e pequeno deslocamento para norte e sul das frentes?
Como se realiza a interação entre a circulação
de ZCAS e a circulação local (vale-montanha,
brisa marítima etc.)? A ZCAS é caracterizada
essencialmente pela convergência em baixos níveis
e divergência em altos níveis, persistindo
por alguns dias a uma semana. Também se observa
vorticidade ciclônica em baixos níveis
e anticiclônica na alta troposfera sobre a região
de ZCAS. A manutenção da vorticidade será
estudada através da equação de
vorticidade. A persistente e forte precipitação
do evento extremo de chuva será estudada através
da equação de balanço de água.
Veja as equações na próxima seção.
Alguma das questões acima serão respondidas
através de simulações numéricas
em alta resolução em conjunto com o subprojeto
1.
Os campos meteorológicos e os parâmetros
derivados para 1, 2, ...., N dias antes de um evento
extremo devem mostrar a evolução do evento.
Todavia, os campos compostos de um número representativo
de eventos devem revelar uma assinatura média
da evolução de evento. Portanto, objetiva-se
obter compostos dos casos de chuvas fortes extremos
sobre a região da Serra do Mar identificados
durante o período de estudo. Os compostos serão
obtidos como média simples dos eventos, respeitando
o dia que antecede ou sucede o evento. Por exemplo,
composto da altura geopotencial em 500 hPa para um dia
antes do evento é o campo médio de todos
os casos da altura geopotencial do dia que precedeu
aos eventos.
A partir dos compostos pretende-se construir modelos
conceituais da evolução dos dois tipos
de fenômenos de tempo severo que ocorrem sobre
a região da Serra do Mar.
A análise de clusters (Kalkstein et al., 1987)
será empregada para identificar os padrões
de circulação de grande escala que configuram
os eventos extremos de chuva na região. Situações
de ZCAS serão analisados por esta técnica
para identificar o ingrediente importante na intensificação
sobre a região da Serra do Mar. Da mesma forma
os eventos de chuvas convectivas intensas de menor duração
que a ZCAS, analisados visando buscar o mecanismo de
instabilidade.
A análise de clusters de baseia em comparar vários
campos com relação a um campo de referência
formando grupos de padrões distintos. Pretende-se
escolher uma variável que tenha um papel intermediário
entre a superfície e a circulação
de grande escala. Inicialmente serão testadas
variáveis relacionadas com a temperatura a 850
hPa e 700 hPa e também do jato em baixos níveis,
850 e 700 hPa e em altos níveis (400 e 300 hPa).
|D| = (D12
+ D22)1/2,
a = (1/2) arctg(D2/D1).
¶T/¶t = J/Cp - (u¶T/¶x + v¶T/¶y) + Spw,
(5)
Sp
= - (T/q)(¶q/¶p)
= sp/R