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INFLUÊNCIA DOS JATOS DE BAIXOS NÍVEIS NA ESTRUTURA VERTICAL DA CAMADA LIMITE NOTURNA ACIMA DA RESERVA FLORESTAL DE CAXIUANÃ DURANTE A ESTAÇÃO ÚMIDA
(LOW LEVEL JET INFLUENCE ON THE NOCTURNAL BOUNDARY-LAYER VERTICAL STRUCTURE ABOVE CAXIUANÃ FOREST RESERVE DURING WET SEASON)
Daniele S. Nogueira Universidade Federal do Pará – Aluna de Graduação em Meteorologia
Bolsista de Iniciação Científica CNPq - Milenio/ LBA [email protected]
Júlia C. P. CohenUniversidade Federal do Pará – Departamento de MeteorologiaLeonardo D. A. Sá
Museu Paraense Emílio Goeldi – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/ Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos – CPTEC
ID: 251/ ID da Ordem: 43.18-P
Abstract
In this work we investigate the occurrence of low level jet (LLJ) events in the nocturnal
boundary-layer above the “Ferreira Penna Scientific Station”, in Caxiuanã Forest Reserve, which
is located in the North-Eastern part of Amazonia. As LLJ we define a region of the wind velocity
vertical profile located below 1 km height in which the strength of the wind is greater than 5 m/s
and where there is a relative maximum value in such way that the wind velocity value decays at
least 2 m/s both above and below the jet region. We use radiossonde data of wind velocity,
potential virtual temperature, specific humidity and bulk Richardson number to show that LLJs
actually separate the atmospheric boundary-layer in two regions with distinct mixing
characteristics: a below LLJ well mixed layer and a above LLJ layer without mixing. These data
were collected during April 2002 – Experiment of Milenio/LBA Project. At the height of the LLJ
(between 200 and 400 m height) the wind velocity changes of direction and is north-easterly. The
results have important implications for correct parameterization of forest-atmospheric exchange
processes.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com a finalidade de estabelecer as características gerais da estrutura vertical da CLA, foram
construídos os perfis verticais das variáveis meteorológicas relevantes para os dados noturnos
disponíveis. Dentre os perfis verticais noturnos do período do experimento, cerca de 10%
apresentaram jatos de baixos níveis (JBNs). A caracterização de um jato de baixos níveis deu-se
seguindo a conceituação de Stull (1988) adaptada por Andrade (2003).
Os dias 8, 18 e 19 de abril de 2002 apresentaram JBNs no período noturno, conforme pode ser
notado nas figuras 1, 2 e 3, respectivamente. Estas figuras apresentam simultaneamente os perfis
de velocidade do vento, umidade específica, temperatura potencial virtual e número de
Richardson totalizador (bulk), Rib, e servem para mostrar que o JBN efetivamente separa duas
sub-regiões com características de mistura distintas, uma inferior, bem misturada, e outra
superior, sem evidências de mistura.
Observou-se, no dia 8, no horário das 21 h (figura 1), um pequeno aumento no Rib no local do
jato. Abaixo dele, seu valor (Rib) apresentava-se praticamente nulo. Os perfis de umidade
específica e temperatura potencial virtual mostraram intensa mistura nesta região, o que não foi
notado a alturas mais elevadas, em que foram encontrados máximos relativos de Rib com valores
muito maiores que aquele onde se deu o jato.
Às 9 h (hora local), do dia seguinte, tem-se um outro jato, próximo à superfície, cujo
mecanismo gerador ainda é desconhecido.
Figura 1 – Jato de baixos níveis do dia 8 de abril às 21 horas.
Para o dia 18, às 21 h (figura 2), na região abaixo do jato, apesar de estavelmente estratificada,
percebem-se valores de Rib iguais ou muito próximos de zero, indicando que está ocorrendo
geração de turbulência por via mecânica (cisalhamento do vento). Através do perfil de umidade
específica e de temperatura potencial virtual, pode-se notar que o jato está promovendo
significativa mistura na região abaixo dele, o que não ocorre acima do mesmo. Na região do jato,
Rib apresenta um crescimento marcante, diminuindo na parte imediatamente superior àquela,
resultado similar ao de Mahrt et al. (1979) para camada limite noturna em região de latitudes
médias.
Figura 2 – Jato de baixos níveis do dia 18 de abril às 21 horas.
O JBN das 21 h (hora local) evoluiu e, no dia seguinte, 19 de abril, horário das 3 h (hora local),
atingiu pleno desenvolvimento, bem como se encontrou mais elevado, entre 800 e 900 m de altura em
relação à superfície (figura 3). Sua velocidade também aumentou, passando a situar-se entre 11,3 a 11,9
m/s. Os gráficos indicaram o jato do dia 19 de abril, às 3 h (hora local), como o mais intenso e o que
propiciou maior mistura, mostrando o papel do jato como agente deste processo.
Figura 3 – Jato de baixos níveis do dia 19 de abril às 3 horas.
Mencione-se que a freqüência com que foram lançadas as radiossondagens não é suficientemente
alta de tal forma a permitir seguramente que os eventos mais intensos de mistura intermitente sejam
registrados. Ademais, durante o Experimento da estação úmida, não estiveram disponíveis dados de
resposta rápida de variáveis meteorológicas na torre.
A mistura pode ser notada no perfil vertical de razão de mistura em todos os eventos de JBNs
investigados, em alguns de forma mais acentuada do que em outros. Pode-se, então, considerar a
hipótese de advecção de umidade pelo jato de baixos níveis. A origem da umidade seria a enseada
próxima à estação científica. Um aspecto importante relacionado a isto é a direção do jato (Nordeste)
ser a mesma da região da enseada em relação à estação.
Os jatos observados em Caxiuanã são possivelmente do tipo que se forma principalmente ao
entardecer, à noite ou ao amanhecer, tendo seu desenvolvimento causado pela redução das trocas
verticais turbulentas. Mas não se pode excluir a possibilidade de que eles tenham origem associada à
heterogeneidade superficial (contraste entre a floresta e a larga enseada próximo a Caxiuanã) ou a
efeito de “canalização” quando a direção do vento coincide com aquela em que se estende um largo
braço da enseada.
Mostra-se que os JBNs podem induzir a geração de mistura turbulenta de umidade e calor
provavelmente produzida “de cima para baixo” de tal forma que esta atinge a superfície
intermitentemente, conforme sugerido por Mahrt (1999). O entendimento de tais processos é muito
importante para a compreensão da evolução da camada limite noturna e tem aplicação em estudos e
simulações de dispersão de poluentes e de gases do efeito estufa, proteção contra incêndios, segurança
aérea, entre outros. Os resultados têm, portanto, implicações importantes para a correta parametrização
dos processos de troca floresta-atmosfera.
(AGRADECIMENTOS: Esta pesquisa foi financiada pelo Programa-PPG7/FINEP/MCT, processo nº 64.99.0425.00, e pelo MCT e CNPq/PADCT,
através do Instituto do Milênio, com os Projetos nº 62.0056/01-0, e nº 620065/01-0. Daniele Nogueira agradece ao CNPq pela bolsa de iniciação científica
concedida; Leonardo Sá agradece ao CNPQ pela bolsa de produtividade em pesquisa, processo 300 329/1996 – 2 NV; os autores agradecem à School of
Earth, Environmental and Geographical Sciences (SEEGS) – University of Edinburgh pelo apoio ao projeto e ao Dr. Antônio C. L. da Costa e sua equipe
pelo esforço experimental de coleta dos dados usados neste trabalho.
Caxiuanã - 18 de abril - 21 h local
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Velocidade do Vento Umidade Específ ica Temperatura Potencial Virtual Número de Richardson Bulk
Caxiuanã - 19 de abril - 3 h local
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Velocidade do Vento Razão de Mistura Temperatura Potencial Virtual Número de Richardson Bulk
Caxiuanã - 8 de abril - 21 h local
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Velocidade do Vento Umidade específ ica Temperatura Potencial Virtual Número de Richardson Bulk