ANÁLISE DE UM CASO DE CHUVAS INTENSAS EM PELOTAS-RS USANDO O MODELO MM5

Yoshihiro Yamazaki1, Maria Helena de Carvalho2, Maria de Los Dolores Manso Orgaz3

ABSTRACT

Mesoscale systems that occur very often, especially during summer seasons, over Rio Grande do

Sul State and its vicinities, produce very intense rainfalls. These summer events are not easy to be

predicted, mainly by global numerical models. In February 2003, particularly between the 3rd and

the 5th days, very intense rainfalls were observed at weather stations in the Rio Grande do Sul state.

It is performed a description of the synoptic condition during the period in which the event was

observed and the PSU/NCAR tri-dimensional mesoscale non-hydrostatic model, with three nested

grids, which is known as MM5, version 3.6, is used to simulate and reproduce the event of strong

precipitation that occurred in Pelotas city and its vicinities. The analysis results revealed that the

model performance is very promising, showing its high potentiality in providing forecasts with a

good time and spatial resolution over southern Brazil.

RESUMO

Os sistemas de mesoescala que ocorrem muito freqüentemente, especialmente durante o verão,

sobre o Rio Grande do Sul e suas vizinhanças, produzem chuvas que são muito intensas, ou até

mesmo torrenciais. Esses eventos de verão não são fáceis de serem previstos, especialmente pelos

modelos globais de previsão do tempo. No mês de fevereiro de 2003, entre os dias 3 e 5 em

particular, ocorreram chuvas torrenciais que foram constatadas pelas observações de superfície

localizadas no Estado do Rio Grande do Sul. É realizada uma descrição da situação sinótica do

período em que foi observado o evento e o modelo de mesoescala PSU/NCAR, tridimensional,

hidrostático, com três grades aninhadas, mais conhecido como MM5, versão 3.6, é utilizado para

simular e reproduzir o evento da chuva torrencial que ocorreu nas proximidades da cidade de

Pelotas. Os resultados das análises revelam que a performance do modelo foi muito promissora,

mostrando sua grande potencialidade em fornecer prognósticos com boa resolução temporal e

espacial sobre a Região Sul do País.

1 Universidade de Aveiro, Departamento de Física, Campus Santiago, Aveiro 3810-193, Aveiro, Portugal; e-mail: yamasaki@fis.ua.pt2Universidade Federal de Pelotas/FMet/Departamento de Meteorologia, Campus Universitário – 96010-900 Pelotas - RS - Brasil; e-mail: mhelena@ufpel.edu.br; tel.: (53) 277-66903Universidade de Aveiro, Departamento de Física, Campus Santiago, Aveiro 3810-193 , Aveiro, Portugal; e-mail: mariola@fis.ua.pt

INTRODUÇÃO

O Estado do Rio Grande do Sul é, em certas ocasiões, sujeito a adversidades que resultam de

manifestações atmosféricas atípicas que se enquadram, dentre outras, entre os fenômenos de

mesoescala. Elas se desenvolvem de forma distinta e apresentam escalas típicas entre a mesogama

(2 a 20 km) e a mesobeta (20 a 200 km), definidas por Orlanski (1975). Devido à natureza

localizada de algumas delas, estas podem ser classificadas como tempestades anomalamente severas

(TAS) e apresentam desafios à capacidade de prover uma previsão detalhada, com uma

antecedência suficiente que possibilite a tomada de medidas preventivas contra os eventuais danos

econômicos e sociais. A impossibilidade de os modelos numéricos de grande escala simularem

adequadamente diversos efeitos localizados, que ocorrem nas mais variadas regiões do globo,

associada ao rápido aumento dos recursos computacionais, vem facilitando e crescentemente

induzindo o emprego de modelos de mesoescala para melhorar os conhecimentos sobre esses

eventos anormais e severos e até mesmo para utilização como uma ferramenta operacional

necessária e imprescindível. Não obstante, reconhece-se também que esses modelos ainda

apresentam dependências relacionadas não apenas com a física parametrizada que incorporam, mas

também com a região sobre a qual o modelo é configurado (domínio do modelo), além de outras

associadas com o processamento do modelo, como as condições de contorno (Pielke, 2002). Para o

desenvolvimento de estudos sobre esses eventos, foi implementado o sistema de modelagem MM5,

bem como foram desenvolvidos sistemas que permitem realizar a análises e as interpretações

gráficas dos resultados do modelo.

O conceito de vorticidade potencial foi introduzido por Ertel (1942) e é fundamental na

compreensão das dinâmicas da atmosfera, especialmente na interpretação dos resultados de modelos

numéricos e tem sido muito utilizado como ferramentas diagnóstica e prognóstica (Hoskins et al.,

1985; Pedlosky, 1979). De fato, a vorticidade potencial, no caso de uma atmosfera adiabática e sem

atrito, é conservada e tem também outras propriedades inerentes, que são a sua irreversibilidade em

um sistema balanceado, além da sua impermeabilidade. Quando a umidade é muito importante, a

ponto de não poder ser desprezada, como no estudo de chuvas torrenciais, o conceito de vorticidade

potencial é mantido, exceto que a temperatura potencial é substituída pela temperatura potencial

equivalente. Bennetts et al. (1979) deduziram a expressão para a vorticidade potencial do bulbo

úmido e Wu et al. (1998, 1995, 1997, 1999, 2001), para a temperatura potencial equivalente,

mostrando inclusive que, para uma atmosfera adiabática saturada e sem atrito, ela é conservada.

Segundo Gao et al. (2002), a vorticidade potencial úmida, anomalamente induzida pelo

aquecimento e pela forçante da massa durante chuvas torrenciais, é um bom “tracer” para rastreio

de regiões com chuvas torrenciais; ela pode também ser útil na previsão de chuvas torrenciais. Peng

et al. (2003) mostram que, em sua nova proposição, “Up-Sliding Slantwise Vorticity Development”

(USDV), quando uma parcela de ar acompanha uma superficie isentrópica inclinada de forma

positiva, a componente vertical da vorticidade relativa aumenta e quanto mais inclinada for, mais

violenta será sua variação. E mostram também que a própria definição da vorticidade potencial

úmida engloba a forçante da massa, que explicitamente inclui os efeitos das forçantes externas, tais

como variações da estabilidade, baroclinicidade e cisalhamento vertical do vento horizontal, além

de forçantes externas, tais como aquecimento, atrito, e forçantes de massa. A condição da teoria da

USDV, por eles desenvolvida, denota que ela é satisfeita na frente da tempestade de chuva de

mesoescala no sentido ao longo do vento, ou seja, que é importante ao desenvolvimento e

movimento desse tipo de sistemas.

É apresentada uma descrição sinótica do período entre 3 e 5 de fevereiro de 2003, quando

ocorreram chuvas intensas em Pelotas e vizinhanças. São apresentadas também as configurações

usadas para simular e reproduzir a situação observada com o modelo MM5. Esse evento foi

selecionado por se tratar de uma ocorrência de verão, época em que os modelos de previsão de

tempo apresentam, em geral, um nível de erro relativamente maior, comparado àqueles de inverno.

A descrição engloba sucintamente o sumário do sistema MM5 implantado, os procedimentos e

processos incluídos e os resultados das análises. Um detalhamento mais geral sobre o modelo, bem

como uma informação geral sobre o sistema de modelagem, suas aplicações e suporte aos usuários,

podem ser obtidos junto à Divisão da Meteorologia de Mesoescala e Microescala (MMM) do

Centro Nacional para Pesquisas Atmosféricas (NCAR) na página da WEB do MM5 (URL:

http://www.mmm.ucar.edu/mm5/doc.html).

DADOS E METODOLOGIA

O modelo foi inicializado e re-alimetado com os campos das previsões do modelo espectral

do Systema de Previsão Global (GFS –“Global Forecast System”), mais conhecido como modelo

AVN (Aviation Model) do NCEP (National Centers for Environmental Prediction) /EUA. Os

resultados das previsões do modelo AVN das 00 UTC válidas para um período de 72 horas, foram

obtidas por meio do protocolo de transferência de arquivos, para cada 6 horas. Além desses dados,

foram também utilizados os de temperatura da superfície do mar e de cobertura de neve, também

disponibilizados pelo NCEP, de 6 em 6 horas.

A análise sinótica também foi realizada com base em campos de vários parâmetros

meteorológicos obtidos das análises do NCEP (00 UTC), para o período entre os dias 03 e 05 de

fevereiro de 2003. Os campos analisados foram: pressão ao nível médio do mar, altura

geopotencial, temperatura, divergência, vorticidade, advecção de temperatura, advecção de

vorticidade, umidade relativa e vento. Estes dados fazem parte do arquivo de dados do CPPMet

(Centro de Pesquisas e Previsões Meteorológicas) da Universidade Federal de Pelotas. Usaram-se

também imagens do satélite GOES-8, no espectro infravermelho, com um intervalo máximo de 01

hora entre elas, do mesmo período citado anteriormente. Estas imagens foram obtidas na página do

CPTEC na WEB: http://www.cptec.inpe.br. Os diagramas termodinâmicos e índices de

instabilidade usados no trabalho, os quais foram calculados com dados da estação do Aeroporto

Salgado Filho em Porto Alegre estão disponíveis na página do Departamento de Ciências

Atmosféricas da Universidade de Uyoming na WEB:http://weather.uwyo.edu

Os dados que permitiram identificar o evento com precipitações intensas, analisado neste

trabalho, bem como os pluviogramas do período escolhido, foram fornecidos pela Estação

Agroclimatológica de Pelotas (Convênio EMBRAPA/UFPel). O período escolhido (de 03 a 05 de

fevereiro de 2003) apresentou um total de precipitação de 110,6 mm, quando a precipitação normal

(média calculada com dados do período entre 1971 e 2000), para o mês de fevereiro, é 153,3 mm.

SISTEMA DE MODELAGEM

O MM5 constitui a parte da previsão numérica do tempo do sistema de modelagem

propriamente dito. Ele vem sendo utilizado para um amplo espectro de estudos teóricos e em tempo

real, incluindo aplicações de simulações de previsão e sistemas de assimilação de dados em 3 e 4

dimensões. Nas menores escalas meso-beta e meso-gama (2 a 200 km), ele vem sendo utilizado

para estudos, dentre outros, envolvendo sistemas convectivos, frentes, brisas, circulação vale-

montanha e ilhas de calor. O modelo é não-hidrostático e descrito pelas equações básicas, em

coordenadas (x,y,σ). As equações prognósticas para o vapor d’água e variáveis microfísicas, tais

como nuvens e precipitações, também são incorporadas no modelo e elas incluem tanto os termos

de advecção como as várias formas de fontes e sumidouros. As equações são colocadas na forma

de diferenças finitas, usando a grade tipo B de Arakawa e são integradas por um esquema de

segunda ordem centrado, representando os gradientes, exceto para o termo da precipitação que

emprega o esquema de primeira ordem na direção do escoamento, “upstream” (Arakawa e Lamb,

1977; Grell et al., 1994). O esquema de integração em tempo é o de leapfrog, de segunda ordem,

com um filtro para controlar o modo computacional, não obstante alguns termos sejam manipulados

com esquemas de “time-splitting”. Maiores detalhes sobre o modelo são apresentados por Dudhia et

al. (2002).

Configurações Básicas do Modelo

O modelo MM5 foi processado estabelecendo-se três domínios aninhados (D1, D2, D3), cujas

áreas de cobertura são apresentadas na Figura 1; 25 níveis na vertical (24 camadas sigma), com

maiores resoluções próximo à superfície. O topo da atmosfera foi delimitado em 200 hPa. O centro

do D1 foi estabelecido em 30,1° de Latitude Sul e 57,3° de Longitude Oeste. A Tabela 1 apresenta a

resolução horizontal aproximada, pré-estabelecida, de cada um dos domínios de integração; o

número de pontos de grade ao longo das direções leste-oeste e norte-sul; o passo de tempo de

integração e a resolução dos dados de topografia e uso do solo.

Tabela 1

Figura 1 - Domínios de integração do modelo MM5

Parametrizações

Domínios do modelo MM5 D1 D2 D3Resolução Horizontal (km) 81 27 9Pontos de Grade Leste-Oeste 57 58 94Pontos de Grade Norte-Sul 39 55 73Topogr. e Uso do Solo (km) 56 19 9Passo de tempo (segundos) 240 80 26,6

Para o estabelecimento dos esquemas de parametrização cumulus nos três domínios do

modelo é necessário ter conhecimento sobre as possíveis alternativas, bem como sobre os aspectos

técnicos que dizem respeito às suposições pertinentes de cada esquema (e.g. Kuo, 1965, 1974;

Grell, 1991, 1993; Anthes, 1977; Arakawa et al., 1974; Betts et al., 1986; Fritsch et al, 1980, 1993;

Kain et al., 1993). O modelo apresenta diferentes opções para o estabelecimento de parametrizações

de nuvens cumulus. Entretanto, tendo em vista que os resultados obtidos por Yamazaki et al. (2003)

revelaram que as que produziram melhores resultados nas simulações realizadas, dentre as possíveis

combinações dos vários esquemas, foram a de Kain-Fritz para os domínios D1 e D2, e a de Grell

para o domínio D3, elas também foram aqui estabelecidas. As outras parametrizações estabelecidas

nos processamentos incluem: a de Hong-Pan (1996), também conhecida como esquema MRF, para

a camada limite planetária; o esquema de microfísica de Dudhia para os domínios D1 e D2 e de

Reisner para o domínio D3 e o esquema de radiação de Dudhia.

DESCRIÇÃO SINÓTICA DO EVENTO

Na imagem do dia 03 de fevereiro de 2003, às 00:13 UTC (Figura 2), observa-se uma banda

de nebulosidade associada a uma frente fria, cuja extremidade atinge o nordeste do Rio Grande do

Sul (RS) e uma outra banda localizada sobre o Uruguai e o nordeste da Argentina. Nesta última

região, na imagem das 12:09 UTC a atividade convectiva era bem intensa.

Com a aproximação da frente que estava sobre o Uruguai, a partir da imagem das 15:39

UTC, observa-se o início da formação de nuvens convectivas sobre o Rio Grande do Sul. No dia 04

Figura 2 – Imagem no Infravermelho do Figura. 3 - Imagem no Infravermelho do satélite

satélite GOES-8, 03/02/2003 00:13 UTC. GOES-8, 04/02/2003, 21:09 UTC.

de fevereiro de 2003, uma nova frente fria deslocou-se sobre a Argentina e na imagem das 17:09

UTC, verificam-se alguns aglomerados convectivos sobre o nordeste e o sudeste do Rio Grande do

Sul. Neste horário, a frente localizava-se sobre a região um pouco ao norte do Golfo de São Matias,

Argentina. O desenvolvimento convectivo continuou sobre o estado e às 21:09 UTC (Figura 3)

praticamente todo o litoral leste do RS apresentava nuvens de desenvolvimento vertical. A atividade

convectiva se intensificou e a partir de então todo o litoral sul do RS encontrava-se sob nuvens

convectivas. Esta situação foi observada nas imagens posteriores, até as 02:39 UTC do dia 05 de

fevereiro.

A maior precipitação, neste dia 04 (total diário de 50,8 mm), foi registrada no período entre

17 e 21 horas (hora local). No mapa de pressão ao nível do mar gerado pelo modelo MM5 para as

00 UTC deste dia (Figura 4), observa-se um cavado no oceano Atlântico, na direção do litoral sul

do RS, o qual dava suporte à frente fria que estava localizada sobre o oceano. Os dados de análise

do NCEP (UTC) mostram para este dia que havia convergência e vorticidade ciclônica nos baixos

níveis sobre o Rio Grande do Sul. As linhas de corrente para o nível de 850 hPa indicam um

escoamento de noroeste atingindo o RS com magnitude do vento superior a 20 m/s e trazendo ar

mais quente para a região. Além disso, havia uma advecção de vorticidade ciclônica em 500 hPa, na

região de Pelotas. Vários índices de instabilidade calculados com dados da estação de

radiossondagem do Aeroporto Salgado Filho, em Porto Alegre e disponibilizados pela Universidade

do Wyoming indicavam a que a atmosfera na região estava propícia à formação de nuvens

convectivas.

No dia 5 de fevereiro, a frente fria que estava sobre a Argentina no dia anterior, deslocou-se

para o oceano. As nuvens convectivas voltaram a se desenvolver no RS somente a partir das 17

UTC. Às 20:39 UTC nuvens de desenvolvimento vertical já ocupavam boa parte do estado, sob a

forma de pequenos aglomerados. Às 23:39 UTC (Figura 5) existia um aglomerado maior sobre o

litoral norte e outro menor no litoral sul do RS. A atividade convectiva sobre o litoral diminuiu após

este horário. O campo de pressão ao nível do mar obtido das análises do NCEP, para as 00 UTC

(Figura 6), mostra um cavado de pequena amplitude sobre o RS. Também analisando os dados do

NCEP, encontrou-se convergência e vorticidade ciclônica em 1000 hPa e advecção de vorticidade

ciclônica, em 500 hPa. na região. É importante ressaltar que o campo de pressão ao nível do mar

previsto pelo modelo MM5 para vinte quatro horas, a partir das 00 UTC do dia 04 mostrava a

presença deste cavado (Figura 7). O escoamento em 850 hPa ainda era de noroeste, mas a

magnitude do vento foi menor do que no dia anterior. Os índices de instabilidade mostram que a

atmosfera apresentava-se muito instável, tanto às 00 UTC, como às 12 UTC. A maior parte das

chuvas ocorreu entre 15 e 21 horas (38 mm).

Figura 4 – Campo da pressão ao nível médio do Figura 5 – Imagem no infravermelho domar gerado pelo MM5, análise 04/02/2003, 00 UTC. GOES-8, 05/02/2003, 23:39 UTC

Figura 6 – Pressão reduzida ao nível do mar,

análise do NCEP, para o dia 05 de fevereiro de

2003, 00 UTC.

Figura 7 – Pressão reduzida ao nível do mar - previsão

de 24 horas obtida com o Modelo MM5, para o dia

05 de fevereiro de 2003, 00 UTC.

RESULTADOS OBTIDOS COM O MODELO MM5

Secções Verticais e Precipitações

Na Figura 10 são apresentadas as topografias dos três domínios, bem como as retas, indicadas

nas figuras por X-1, X-2 e X-3, ao longo das quais se procederam as secções verticais para as

devidas análises dos resultados. Nas secções verticais, o campo da refletividade se refere à

simulação da refletividade do radar, baseado na razão de mistura da chuva e dos cristais de gelo,

considerando a distribuição do tamanho de hidrometeoros proposto por Marshall-Palmer; a

vorticidade potencial úmida é apresentada segundo a formulação hidrostática. A Figura 10-c mostra

claramente que o Estado do Rio Grande do Sul, e em particular a metade sul, apresenta uma

topografia relativamente plana e, por conseguinte, não se pode esperar que as precipitações que

ocorrem nessa região sejam devidas a efeitos orográficos locais. Sendo plana, a região apresenta

áreas que são comumente empregadas para plantio de arroz e, portanto, com muitos canais e açudes

que, certamente, são grandes provedores de vapor d’água para a atmosfera, especialmente durante o

verão, atuando, portanto, como fontes adicionais de energia que, se pressupõe, justificam o grande

número de formação de complexos convectivos de mesoescala durante o verão.

(a) (b) (c)

Fig. 10 - Topografia e linhas X-1, X-2 e X-3, ao longo das quais foram construídas secções verticais, nos domínios D1 (a), D2 (b) e D3 (c).

Análises das Secções Verticais

Uma forte corrente ascendente é observada sobre o Uruguai, às 14 UTC do dia 04 de fevereiro

de 2003, a qual vai se enfraquecendo com o tempo, conforme ilustrado na Figura 11. As linhas de

temperatura potencial equivalente, com ramos que divergem verticalmente com a redução da

pressão nos baixos níveis sobre o Uruguai e convergem com o aumento da pressão sobre o Oceano

Atlântico, apresentam na parte superior do arco, uma vorticidade potencial úmida que evolui com o

tempo, associada à intensificação do sistema convectivo que atua nas proximidades da intersecção

X-1, X-2, indicada na Figura 10 (a).

(a) (b)

Figura 11 – Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04/02/03, 14 UTC (a); idem a anterior, exceto que para 19 UTC (b).

Na Figura 12 também se observa, para o D1 e secção vertical X-2, a redução da corrente

ascendente, acima referida, bem como a evolução da vorticidade potencial úmida. Os vetores da

circulação do vento, dessa secção vertical, mostram claramente o caráter da circulação centrada no

nível de 350 hPa, às 14 UTC. Os ventos dos baixos níveis apresentam componentes

predominantemente de norte para sul, o que, com o suporte da Figura 11, leva a concluir que o

vento era de noroeste nas proximidades da intersecção dos dois planos da secção vertical.

(a) (b) (c)

Figura 12– Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04 de fevereiro de 2003, 14 UTC (a); idem a anterior, exceto que para 19 UTC (b) e Vetor Circulação, Refletividade e razão de Mistura de precipitação, para o mesmo dia, 19 UTC (c).

A Figura 13 apresenta as secções verticais no plano X-1 para o D2. Nota-se que

aqui, também às 14 UTC, a Figura 13a apresenta uma forte corrente ascendente da circulação nas

proximidades da região costeira do Oceano Atlântico e na fronteira RS/Uruguai, com uma corrente

descendente entre os ramos ascendentes. Os campos da temperatura potencial equivalente

apresentam características semelhantes àquelas já descritas anteriormente para o D1 e a evolução

temporal pode ser vista na Figura 13 (b,c)

(a) (b) (c)

Figura 13–Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para 04 de fevereiro de 2003, 14 UTC (a); Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o mesmo dia, 19 UTC (b); idem, para as 20 UTC (c).

Na Figura 14 pode-se observar a configuração do vetor circulação no plano da secção X-2,

D2, em diferentes horários. As componentes verticais da circulação sobre o oceano, às 20 UTC são

bem intensas, assim como a refletividade que se observa nos altos níveis e também junto à

superfície. A circulação apresenta componentes de norte para sul em toda a extensão vertical. Esse

fato, juntamente com os dados da secção X-1, indica que o vento era essencialmente de noroeste.

(a) (b) (c)

Figura 14 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para 04 de fevereiro de 2003, às 14UTC (a); idem, para as 19 UTC; Vetor Circulação, Refletividade e Razão de Mistura da Precipitação Total, para o mesmo dia, 20UTC.

A Figura 15 apresenta as secções verticais X-1 do D3. A evolução do sistema convectivo

junto à costa, na região de Pelotas, é claramente visível na seqüência das 14 UTC, 19 UTC e 21

UTC, pelas componentes dos vetores da circulação e pelo campo da vorticidade potencial úmida.

(a) (b) (c)

Figura 15 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04 de fevereiro de 2003, às 14 UTC (a); 19 UTC (b); e 21 UTC (c).

Na Figura 16 são apresentadas as secções verticais X-3, cobrindo uma parte da secção vertical

X-1 do D3, para 21, 34 e 45 horas de integração do modelo. Essa secção mostra que a componente

projetada no plano era predominantemente de oeste.

(a) (b) (c)

Figura 16 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida –das 21:00 (a), 34:00 (b) e 45:00 (c) horas de integração do modelo.

A Figura 17 apresenta secções verticais de forma aproximadamente paralela à Lagoa dos

Patos e estendendo-se, praticamente, por todo o D3. Assim, elas envolvem uma região topográfica

relativamente complexa do NE do Estado do Rio Grande do Sul. Elas mostram que nos altos níveis,

os ventos são essencialmente de sul, e de norte nos baixos níveis, pelo menos até junto às

montanhas. Às 09 UTC, o sistema passou a apresentar uma configuração totalmente complexa,

com uma forte corrente ascendente nas proximidades de Pelotas e componentes muito pequenas do

vento horizontal projetado nesse plano, ou seja, ventos praticamente perpendiculares ao plano da

secção vertical. Além disso, houve uma crescente instabilidade nos baixos níveis, associada à

evolução dos sistemas convectivos. Uma notável complexidade do sistema convectivo é

apresentada pelo vetor circulação das 00 UTC do dia 5 de fevereiro de 2003.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 17 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente, Vorticidade Potencial Úmida, para as seguintes horas de integração do modelo, a partir das 00 UTC do dia 04 de fevereiro de 2003: 14:00 (a) e 15:00 (b) e Vetor Circulação, Refletividade e Razão de Mistura da Precipitação Total, para as seguintes horas de integração do modelo: 16:00 (c), 20:00 (d), 21:00 (e) e 00 do dia 05 de fevereiro de 2003 (f). Precipitações

A precipitação total acumulada, de 00 UTC às 08 UTC, do dia 04 de fevereiro de 2003,

apresentada na Figura 16, mostra claramente que no D1 ela sequer foi detectada na região sul do

Estado do Rio Grande do Sul, e que na região da Bacia do Plata, o acumulado foi de 10 a 14 mm.

No D2 ela foi detectada, porém com magnitudes da ordem de 2 a 6 mm e na região da Bacia do

Plata, da ordem de 14 a 18 mm. No D3, a região sul apresentou alguns locais relativamente esparsos

com precipitação entre 6 e 10 mm, e outros em que chegou até mesmo a superar 10 mm, no ponto

mais a oeste do sistema convectivo com a forma de U invertido nas proximidades da cidade de

Pelotas (Lat: 31,52 S, Long: 52,21 O). O sistema convectivo mais intenso, apresentado na região da

Bacia do Plata, começou a se manifestar às 04 UTC e tornou-se mais intenso apenas às 05 UTC.

Assim sendo, pelos resultados do D2, chega-se à conclusão de que a precipitação média foi da

ordem de 5 mm/hora; ou seja, não foi tão vigorosa.

Nas apresentações que se seguem, o Uruguai será denotado por URU.

Figura 18 – Precipitação Total Acumulada de 00 UTC a 08 UTC, de 04 de fevereiro de 2003.

Na Figura 19 são apresentados os totais acumulados, entre 09 e 10 UTC do dia 04 de

fevereiro. O D1 apresentou um máximo, no RS de 3 a 4 mm e no URU, entre 4 a 5 mm; o D2 com

máximos de 6 a 8 mm no RS e 5 a 6 no URU e no D3, um máximo de 9 a 10 mm se encontra na

parte sul, a NO da cidade de Pelotas.

Figura 19 - Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 09 UTC a 10 UTC de 04 de feverereiro de 2003 nos três domínios.

Na Figura 20 são apresentados, seqüencialmente, os totais acumulados em uma hora, para

19, 20, 21 e 22 UTC do dia 04 de fevereiro de 2003. Como se observa, o sistema provocou

precipitações localizadas muito intensas, particularmente nas proximidades da parte Sul da Lagoa

dos Patos, chegando a até 10 mm por hora. Na Figura 21 é apresentado o total acumulado nas

últimas 3 horas, de 19 a 22 UTC do dia 4 de fevereiro de 2003; e na Figura 22, o total acumulado

em 24 horas. O total acumulado em 3 horas mostra que ocorreram precipitações resultantes de

células convectivas muito ativas, nas proximidades do litoral que fica ao longo do meridiano que

passa por Pelotas. Observa-se que na região do extremo sudoeste não houve precipitação alguma

durante esse período, e que os locais com maiores valores totais de precipitação acumulada não se

localizam propriamente sobre a cidade de Pelotas.

(a) (b) (c)

Figura 20 – Precipitação Acumulada em 1 hora em 04 de fevereiro de 2003, para os seguintes horários: (a) 19 UTC, (b) 20 UTC, (c) 21 UTC e (d) 22 UTC.

(d) Figura 21 – Precipitação a- Fig. 22 – Precipitação acu-

cumulada nas últimas 3 ho- mulada nas últimas 24 horas, ras, 04/02/03, 22 UTC. 04/02/03, 23 UTC.

As análises revelaram que relativamente aos totais acumulados, entre 19 UTC e 20 UTC do

dia 04 de fevereiro de 2003, o D1 apresentou um máximo no RS de 5 a 6 mm e no URU, entre 3 a

4 mm; no D2 observam-se máximos de 9 a 10 mm, no RS e no URU, entre 5 e 6 mm.

No dia 5 de fevereiro de 2003, o modelo apresentou as precipitações horárias acumuladas,

que são ilustradas na Figura 23, para as 12, 13 e 14 UTC. Nas proximidades de Pelotas, a ocorrência

da precipitação com maior intensidade, superior a 15 mm/h, ocorreu às 13 UTC; e o total

acumulado, em 4 horas, entre 12 e 16 UTC foi superior a 30 mm, conforme ilustrado na Figura 24.

A partir das 15 horas o sistema enfraqueceu na região Leste de Pelotas. Na Figura 24 (b), os totais

acumulados mostram que houve regiões em que os sistemas convectivos se desenvolveram e

provocaram muita precipitação durante as últimas 4 horas do dia.

(a) (b) (c)Figura 23 – Precipitação acumulada em 1 hora, 05/02/03: (a) 12 UTC, (b) 13 UTC e (c) 14 UTC.

(a) (b) Fig. 24 – Precipitação total acumulada, 05/02/03: (a) 12 a 16 UTC, (b) 19 a 23 UTC.

Na Figura 25 são apresentados os totais acumulados em 44 horas para o D1, e nas últimas 24

horas para o D2 e o D3, até às 20 UTC do dia 5 de fevereiro. Nota-se que todas as figuras

apresentam máximos que superam 40 mm, o que evidencia, para a região de Pelotas, uma boa

representação das chuvas que foram registradas naquela área. Observa-se, também, na Figura 25,

que há uma parte do RS, localizada na fronteira oeste com a Argentina, que não chegou sequer a ter

desenvolvimento convectivo de qualquer natureza. Aparentemente, há uma faixa aproximadamente

zonal, com leve inclinação oeste/noroeste, em que há uma predominância dos sistemas convectivos.

Este fato revela o que muitas vezes ocorre nos períodos de estiagem no RS, onde o setor

oeste/noroeste do Estado é muito prejudicado, do ponto de vista da precipitação, devido à

ocorrência de secas, ou seja, ausência de precipitação.

Figura 25 – Precipitação Total Acumulada em 44 horas no D1; e nas últimas 24 horas nos domínios

D2 e D3, para 05 de fevereiro de 2003 – 20 UTC.

As estruturas dos sistemas convectivos que atuaram no Estado do Rio Grande do Sul, durante

o período já apresentado, mostram claramente que as precipitações não foram tão uniformemente

distribuídas (D3), como aparentemente é apresentado no D1 ou até mesmo no D2.

Na Figura 26 são apresentados os totais acumulados, entre 22 e 23 UTC do dia 05 de

fevereiro. O D1 apresentou um máximo, no RS de 3 a 4 mm e no URU, entre 2 e 3 mm; o D2 com

máximos de 5 a 6 mm, no RS e, no URU, de 6 a 9 mm e o D3, máximo de 10 a 11 mm no RS.

Figura 26 - Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 22 UTC a 23 UTC de 05 de fevereiro de 2003.

Na Figura 27 são apresentados os totais acumulados, entre 23 UTC e 24 UTC do dia 05 de

fevereiro de 2003. O D1 apresentou, no RS e no URU um máximo entre 4 e 5 mm; o D2 com

máximos de 8 a 9 mm, no RS e de 5 a 6 mm, no URU e no D3, máximo de 10 a 11 mm no RS.

Figura 27 – Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 23 UTC a 24 UTC, de 05 de fevereiro de 2003.

CONCLUSÃO

Os sistemas de mesoescala que se desenvolveram no Estado do Rio Grande do Sul e no

Uruguai, particularmente nas proximidades da cidade de Pelotas, durante o período de 3 a 5 de

fevereiro de 2003 foram avaliados utilizando resultados do processamento do modelo de

mesoescala MM5, obtidos para os dias 4 e 5.

Na descrição da situação sinótica, com o uso de imagens de satélite, foi possível detectar o

caráter convectivo dos sistemas que atuaram na região. Foi verificado também que um aspecto

importante para a manutenção da atividade convectiva na região do Rio Grande do Sul foi a

presença de um escoamento de noroeste, trazendo ar quente e úmido para aquela área.

Os três domínios de integração do modelo MM5 apresentaram dados relativamente coerentes

no que diz respeito à precipitação, muito embora, face às resoluções espaciais distintas, tudo indica

que o de maior resolução (D3) é o que apresentou melhor resultado, quando comparado à

observação de superfície da Estação Agroclimatológica de Pelotas (Convênio EMBRAPA/UFPel).

Os perfís verticais dos regimes de circulação do vetor vento, juntamente com os campos de

temperatura potencial equivalente, vorticidade potencial úmida, refletividade e razão de mistura da

precipitação total, cobrindo os três domínios de integração, permitiram a avaliação dos sistemas

convectivos, dentro das respectivas resoluções espaciais de cada domínio.

Não obstante ainda sejam necessárias constantes avaliações das diversas parametrizações,

além de alteração dos campos das coberturas vegetais e/ou solos, e da assimilação de dados

observados a 4D ou 3D, a performance do modelo foi muito promissora e mostrou a grande

potencialidade em fornecer prognósticos com boa resolução espacial sobre a Região Sul do País.

AGRADECIMENTOS

O primeiro autor agradece à Universidade de Aveiro pelos suportes financeiros

proporcionados à realização do trabalho.

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