Uma característica marcante da convecção é sua organização em diversas escalas de tempo e espaço. Observa-se desde células isoladas da ordem de poucas centenas de metros até grandes aglomerados convectivos da ordem de milhares de quilômetros com ciclos de vida da ordem de dias e compostos de diferentes tipos de nuvens. Os sistemas convectivos (SCs) são responsáveis pela maior parte da precipitação na região tropical e em latitudes médias nos meses de verão e primavera (Machado et Rossow, 1993). Os sistemas convectivos são também responsáveis pelas condições extremas de tempo em diversas regiões do globo. Monitorar o deslocamento e evolução dos sistemas convectivos de mesoescala é de grande importância para a previsão do tempo e de fenômenos meteorológicos adversos. Ressalta-se sua importância na definição das condições atmosféricas, com influência direta na condição de nebulosidade, na quantidade da radiação solar incidente à superfície, no regime de ventos e na precipitação de uma região. O conhecimento do comportamento dos sistemas convectivos é fundamental na previsão de tempo e a previsão destes fenômenos é importante para reduzir a vulnerabilidade das condições extremas de tempo.

Vários tipos de sistemas foram estudados na década de 70 e início dos anos 80, definindo-se diferentes tipos de SCs, tais como: linhas de instabilidade (Houze, 1977), "non squall lines" (Tollerud e Esbensen, 1985) e MCC- Complexos Convectivos de Mesoescala (Maddox, 1980). Dois tipos de sistemas são reconhecidamente diferentes: linhas de instabilidade, caracterizadas por uma organização linear das células convectivas (e.g. Houze 1977) e complexos convectivos de mesoescala, caracterizados por uma organização menos importante das células convectivas no interior do sistema (e.g. Maddox,1980). Embora diferentes condições dinâmicas e termodinâmicas favoreçam o aparecimento de sistemas convectivos de mesoescala, um ponto em comum é a forte convergência em baixos níveis que precede a sua formação por várias horas (Frank, 1978). No caso das linhas de instabilidade, a forte organização das células convectivas favorece o suprimento de ar quente e úmido, e o forte cisalhamento vertical do vento separa as regiões de "updrafts e downdrafts". No caso dos complexos convectivos de mesoescala, um jato em baixos níveis em um fraco regime de ventos supre as células convectivas de ar quente e úmido, reforçando o "warm core vortex", responsável pela manutenção do sistema (Maddox, 1983). Estes sistemas atingem tamanhos de 200 a 2000km e suficiente estabilidade dinâmica para se manterem por dezenas de horas, ocasionalmente durando vários dias (Machado et al., 1998).

O estudo das trajetórias e ciclo de vida dos SCs utiliza imagens no canal infravermelho termal de satélite geoestacionário, com base na similaridade das características morfológicas (reconhecimento de padrões) e da área de superposição entre os SCs em imagens sucessivas (Machado et al., 1998). Por sua vez, a análise do ciclo de vida dos SCs baseia-se principalmente na estrutura morfológica interna dos aglomerados de nuvens. Mathon e Laurent (2001) desenvolveram um método de acompanhamento de SCs, baseado no método desenvolvido por Machado e colaboradores, que inclui as situações de fusão e separação dos sistemas convectivos. Machado e Laurent (2004) apresentam um modelo de previsão, a curto prazo, da evolução de SCs baseado na expansão da área do SCs e das características radiativas e morfológicas. Machado e Laurent (2004) descrevem a relação entre a expansão da área dos sistemas convectivos e suas relações com a divergência do vento em altos níveis e a duração do ciclo de vida.

Neste trabalho pretende-se utilizar estes modelos de acompanhamento para a análise dos sistemas convectivos que ocasionaram eventos extremos na Serra do Mar. A definição destas características poderá ser utilizada para classificar os SCs potenciais a gerarem eventos extremos e conseqüentemente reduzir a vulnerabilidade desta condições extremas de tempo.

4.1 Objetivos
1. Identificar as características radiativas e morfológicas dos sistemas convectivos associados aos eventos extremos na Serra do Mar;

2. Gerar um sistema de alarme e monitoramento dos sistemas com essas características;e

3. Estudar os princípios físicos que definem as trajetórias dos sistemas convectivos.

4.2 Metodologia
O CPTEC/INPE tem sistema de recepção de imagens GOES, e dispõe de um acervo de imagens em cinco canais com freqüência pelo menos horária e resolução completa, cobrindo o Brasil a partir de 1998. Arquivos de períodos anteriores (imagens amostradas) encontram-se disponíveis a partir de 1996. O CPTEC recebe também imagens dos NOAA-14 e 15 e 16, com duas passagens diárias sendo que o sistema ATOVS do NOAA-15 (em órbita desde 1999) possui sensores de microondas (AMSU).

Além do conjunto de imagens históricas, o CPTEC opera um sistema de previsão imediata de SCs. Este modelo encontra-se operacional e pode ser acessado através da página – http://moingatu.cptec.inpe.br/paginas/fortracc/fortracc.php. Para que esse sistema de previsão seja eficaz e eficiente, para a região da Serra do Mar, deve-se conhecer as características dos SCs que geraram eventos extremos. Desta forma, após conhecer essas características, pode-se implementá-las no produto operacional permitindo a elaboração de previsão e monitoramento de risco de eventos extremos nestas localidades.

Inicialmente um conjunto de casos será preparado baseando-se no cadastro de eventos críticos da Secretaria do Meio Ambiente. Para este conjunto serão reprocessadas as imagens do satélite GOES. Com as imagens calibradas e geo-referenciadas nas datas dos eventos extremos, será rodado o método de acompanhamento e caracterização dos sistemas convectivos. Com base nos resultados destes processos serão analisados os sistemas convectivos do ponto de vista morfológico e radiativo de modo a fornecer um conjunto de descritores que permitam caracterizar em tempo real os sistemas convectivos potenciais de gerarem eventos críticos na Serra do Mar. Serão analisadas principalmente as taxas de crescimento, duração do ciclo vida, morfologia (tamanho, excentricidade, entre outros) e as trajetórias, velocidades e deslocamentos. Um dos pontos que necessitará ser profundamente estudado será a trajetória e para isso haverá uma forte interação com as pesquisas utilizando o modelo Eta (subprojeto SP1: “Modelagem atmosférica em alta resolução”).

Finalmente, pretende-se implementar um sistema de monitoramento, em tempo real, dos sistemas convectivos potenciais de gerarem eventos críticos. Uma análise conjunta com o modelo Eta (subprojeto “Modelagem atmosférica em alta resolução”), com a análise de grande escala do padrão sinótico associado (subprojeto “Características de grande escala associadas aos eventos extremos na Serra do Mar”) e com as informações das estações de coleta de dados (subprojeto SP.6 “Impacto das Informações de Estações Telemétricas de coleta de dados hidrometeorológicas na previsão numérica para a Serra do Mar”) poder-se-á integrar todas essas informações em um sistema de alarme e monitoramento em tempo real (subprojeto “Desenvolvimento de um Sistema Semi-Automático de Previsões e Informações Hidrometeorológicas em Apoio ao Gerenciamento de Riscos na Serra do Mar”).