análise dos balanços de vorticidade, calor e umidade no modelo ...

INPE-9946-TDI/879

ANLISE DOS BALANOS DE VORTICIDADE, CALOR EUMIDADE NO MODELO GLOBAL DO CPTEC/COLA PARA

PREVISO DE TEMPO

Renata Weissmann Borges Mendona

Dissertao de Mestrado do Curso de Ps-Graduao em Meteorologia, orientada peloDr. Jos Paulo Bonatti, aprovada em 28 de fevereiro de 2000.

INPESo Jos dos Campos

2003

551.555

MENDONA, R. W. B. Anlises dos balanos de vorticidade, calor e umidade no modelo global do CPTEC/COLA para previso de tempo/ R. W. B. Mendona. So Jos dos Campos: INPE, 2000. 178p. (INPE-9946-TDI/879).

1.Vorticidade. 2.Umidade atmosfrica. 3.Balano do calor atmosfrico. 4.Fontes de calor. 5.Modelos de Circula- co Geral da Atmosfera (MCGA). I.Ttulo

Sempre difcil nascer. A ave tem que sofrer para sair do ovo, isso voc sabe.

Mas volte o olhar para trs e pergunte a si mesmo se foi de fato to penoso o caminho.

Difcil apenas? No ter sido belo tambm?

Hermann Hesse

A Meu Querido Esposo

Antnio Marcos Mendona,

por todo amor e dedicao.

A Meus Pais

Vilson Borges e

Carmem Slvia Weissmann Borges,

pelos exemplos de vida.

AGRADECIMENTOS

Ao Dr. Jos Paulo Bonatti pela orientao segura, motivao e conhecimentos,essenciais na realizao desta dissertao.

Aos membros da banca examinadora, Dr. Prakki Satyamurty, Dr. Srgio HenriqueFranchito, Dr Vadlamudi B. Rao e Dr. Pedro Leite da Silva Dias, pelas crticas esugestes apresentadas.

Aos colegas da turma de mestrado pela amizade e companheirismo durante arealizao dos crditos e incentivo para a concluso desta dissertao, e aos demaiscolegas do INPE que ainda que indiretamente contribuiram para o desenvolvimentodeste trabalho.

Aos amigos do CPTEC, em especial Mariane Mendes Coutinho pelo incentivo evaliosas informaes e Simone Silva Guedes Siqueira pelo apoio tcnico e amizade.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) pelaconcesso de Bolsa de Estudos.

s Dras. Rosa Lcia Sverzut Baroni e Nativi Viana Bertolo e aos amigos do Cursode Matemtica em Rio Claro pela sincera amizade e inestimvel apoio.

A meus pais, Vilson e Carmem, pela coragem, dignidade, respeito e confiana semprepresentes em suas vidas, e pelo apoio e incentivo constantes.

A meu irmo Rodrigo, pelo carinho, entusiasmo e amizade sincera com que sempre meincentivou.

A meus avs, tios e primos pela perseverana e unio com que superam as dificuldadese por todo apoio recebido durante este trabalho.

A meus sogros, Joo e Maria, e aos meus cunhados e cunhadas pela amizade sincerae incentivo na realizao desta dissertao.

A meu esposo Antnio Marcos pelos primeiros e firmes incentivos para a realizao domestrado, pelo imenso amor e inigualvel dedicao e pacincia durante toda aelaborao desta dissertao. Enfim, por tudo o que vivemos juntos.

A DEUS, pelo dom da vida e sabedoria, essenciais em todas as nossas realizaes.

RESUMO

Balanos de vorticidade, calor e umidade em grande escala, para fenmenosmeteorolgicos, tais como: Zona de Convergncia do Atlntico Sul (ZCAS) e Alta daBolvia (AB), Ciclogneses e Sistemas Frontais, El Nio e La Nia so obtidos a partirdas anlises do National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Os termos dasequaes so analisados individualmente, visando a identificao dos termospredominantes e suas respectivas evolues temporal e espacial em cada uma dassituaes. As "fontes" ou "sumidouros" de vorticidade, calor e umidade sointerpretados com base no resduo. Numa outra etapa do trabalho, avalia-se odesempenho do Modelo Global CPTEC/COLA, comparando-se os resultados obtidospara as previses com aqueles das anlises. Nota-se que, em muitos casos, os termosrelativos adveco vertical nas equaes apresentam uma maior contribuio para osresduos, principalmente nas regies convectivamente ativas. Isto indica que o resduopode ser atribudo a mecanismos de subgrade, tais como a conveco, que no podemser representados pelas variveis de grande escala. De uma forma geral, a avaliao dodesempenho do Modelo Global mostra que as previses concordam satisfatoriamentecom as anlises apenas em 24, 48 e 72 horas para os episdios 1 e 2 que correspondemaos casos de ZCAS e Alta da Bolvia, e Ciclogneses e Sistemas Frontais,respectivamente. Os episdios de El Nio e La Nia no so bem previstos;apresentando diferenas significativas entre as previses e as anlises j em 24 horas.

ANALYSES OF THE VORTICITY, HEAT AND MOISTURE BUDGETS IN

THE CPTEC/COLA GLOBAL MODEL FOR WEATHER FORECASTS

ABSTRACT

The large scale vorticity, heat and moisture budgets for meteorological phenomena suchas South Atlantic Convergence Zone (SACZ) and Bolivian High, Cyclogenesis andFrontal Systems, El Nio and La Nia are obtained using the National Centers forEnvironmental Prediction (NCEP) analyses. The terms of equations are calculated andanalyzed individually with the objective of identifying the dominant components andtheir temporal and spacial evolutions in the budgets. The vorticity, heat and moisturesources and sinks are interpreted based on residuals. In another step, the performance ofthe CPTEC/COLA Global Model is evaluated comparing the forecasts with theanalyses. It is noticed that the vertical advection terms play an important contribution tothe residuals especially in the regions with intense convective activity. This indicatesthat the residual can be attributed to subgrid-scale mechanisms, such as convection,which the large scale data cannot depict. In general, the evaluation of the performanceof the Global Model shows that the 24, 48 and 72 hours forecasts agree satisfactorilywith analyses of the SACZ - Bolivian High system and Ciclogenesys - Frontal TroughSistem. The Global Model shows some deficiency in capturing the position andintensity during El Nio and La Nia episodes.

SUMRIO

Pg.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE SMBOLOS

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

CAPTULO 1 - INTRODUO..... 33

CAPTULO 2 - DESCRIO DO MODELO ESPECTRAL GLOBAL

DO CPTEC/COLA.... 39

2.1 Modelo Global CPTEC/COLA. 39

CAPTULO 3 - METODOLOGIA...... 41

3.1 Descrio dos Episdios Estudados....... 41

3.1.1 Episdio 1: Zona de Convergncia do Atlntico Sul e Alta da Bolvia....... 41

3.1.2 Episdio 2: Sistemas Frontais e Ciclogneses..... 47

3.1.3 Episdio 3: El Nio..... 53

3.1.4 Episdio 3: La Nia.... 57

3.2 Metodologia....... 61

3.3 Equaes de Balano.... 63

CAPTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSES..... 67

4.1 Episdio 1: ZCAS e Alta da Bolvia...... 67

4.2 Episdio 2: Sistemas Frontais e Ciclogneses ... 79

4.3 Episdio 3: El Nio........ 91

4.4 Episdio 4: La Nia........ 103

4.5 Comparao entre Anlise e Previso........ 115

4.5.1 Episdio 1: ZCAS e Alta da Bolvia .. 115

4.5.2 Episdio 2: Sistemas Frontais e Ciclogneses .... 127

4.5.3 Episdio 3: El Nio..... 137

4.5.4 Episdio 4: La Nia.... 146

CAPTULO 5 - CONCLUSES E SUGESTES.. 155

5.1 Concluses.................................................................................................. 155

5.2 Sugestes para trabalhos futuros.................................................................. 161

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.. 163

APNDICE A SCRIPTS PARA O CLCULO DOS BALANOS DE

VORTICIDADE, CALOR E UMIDADE....................... 169

LISTA DE FIGURAS

Pag.

3.1 - Campo de presso ao nvel mdio do mar (em hPa) para o EpisdioZCAS e Alta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).......................... 44

3.2 - Campo de vento (linhas de corrente) em 850 hPa para o EpisdioZCAS e Alta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).......................... 45

3.3 - Campo de vento em (linhas de corrente) 200 hPa para o EpisdioZCAS e Alta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).......................... 46

3.4 - Campo de presso ao nvel mdio do mar (em hPa) para o EpisdioSistemas Frontais e Ciclogneses (27 de maio a 03 de junho de1999).................................................................................................... 50

3.5 - Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o EpisdioSistemas Frontais e Ciclogneses (27 de maio a 03 de junho de1999).................................................................................................... 51

3.6 - Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o EpisdioSistemas Frontais e Ciclogneses ((27 de maio a 03 de junho de1999).................................................................................................... 52

3.7 - Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o Episdio ElNio (24 a 31 de dezembro de 1997)................................................... 55

3.8 - Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o Episdio ElNio (24 a 31 de dezembro 1997)....................................................... 56

3.9 - Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o Episdio LaNia (15 a 22 de janeiro de 1999)........................................................ 59

3.10 - Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o Episdio LaNia (15 a 22 de janeiro 1997)............................................................ 60

3.11 - Regies utilizadas para o estudo dos balanos: (a) rea 1 para osepisdios 1 e 2; (b) rea 2 para os episdios 3 e 4.............................. 62

4.1 - Balano de Vorticidade para o Episdio ZCAS e AB, em 850 hPa.Anlise - 17/03/97: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia[dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d) HV

r [Hz dia1]; (e) -.v [Hz

dia1]; (f) p [Hz dia1]; (g) Vr

[Hz dia1]; (h) Vfr

[Hz dia1]; (i) )pV(k rr

[Hz dia1]; (j) Resduo [Hz dia1]...... 69




[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr



4.5 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 17/03/97:Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c)

TV r

[K dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e) pcP [Kdia-1]; (f) Resduo [K dia-1]. Nvel 200 hPa: (g) Temperatura [K]; (h)

tT [K dia-1]; (i) TV r

[K dia-1]; (j) pT [K dia-1]; (k)pcP [K dia

-1]; (l) Resduo [K dia-1].................................... 74

4.6 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 20/03/97:Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c)

TV r




-1];(l) Resduo [K dia-1]..................................... 75

4.7 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 17/03/97: (a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) UmidadeEspecfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f)

pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa:

(h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV r

[g Kg-1 dia-1]; (j) pq [gKg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1].................................................. 77

4.8 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 20/03/97: (a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) UmidadeEspecfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f)

pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa:(h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (j) pq [g

Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1].................................................. 78

4.9 - Balano de Vorticidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses, em 925 hPa. Anlise 29/05/99: (a) VorticidadeRelativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d)

HVr

[Hz dia1]; (e) -.v [Hz dia1]; (f) p [Hz dia1];(g) V

r [Hz dia1]; (h) Vf

r [Hz dia1]; (i) )pV(k

rr

[Hz dia1]; (j) Resduo [Hz dia1]......................................................... 81


HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr


4.11 - Balano de Vorticidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses, em 925 hPa. Anlise - 30/05/99: (a) VorticidadeRelativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d)

HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr


4.13 - Balano de Calor para o Episdio Sistemas Frontais e Ciclogneses.Anlise - 29/05/99: Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e)

pcP [K dia-1];(f) Resduo [K dia-1]. Nvel 500 hPa: (g)

Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i) TV r

[K dia-1]; (j)pT [K dia-1]; (k) pcP [K dia

-1]; (l) Resduo [Kdia-1]..................................................................................................... 86

4.14 - Balano de Calor para o Episdio Sistemas Frontais e Ciclogneses.Anlise - 30/05/99: Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e)

pcP [K dia-1]; (f) Resduo [K dia-1]. Nvel 500 hPa: (g)

Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1];(i) TV r


-1]; (l) Resduo [Kdia-1]..................................................................................................... 87

4.15 - Balano de Umidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses. Anlise - 29/05/99: (a) Umidade Especfica (925 hPa)[g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r

[g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [gKg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV

r [g

Kg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1].... 89

4.16 - Balano de Umidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses. Anlise- 30/05/99: (a) Umidade Especfica (925 hPa)[g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r

[g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo[gKg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV

r [g


4.17 - Balano de Vorticidade para o Episdio El Nio, em 850 hPa.Anlise 25/12/97:(a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia[dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d) HV



[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr



4.20 - Balano de Vorticidade para o Episdio El Nio, em 200 hPa.Anlise 26/12/97: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia[dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d) HV



[Hz dia1]; (h) Vfr



4.21 - Balano de Calor para o Episdio El Nio. Anlise- 25/12/97: Nvel850 hPa:(a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K

dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f)

Resduo [K dia-1]. Nvel 200 hPa:(g) Temperatura [K]; (h) tT [Kdia-1]; (i) TV

r [K dia-1]; (j) pT [K dia-1]; (k)

pcP [K dia-1]; (l) Resduo [K dia-1].................................... 98

4.22 - Balano de Calor para o Episdio El Nio. Anlise 26/12/97: Nvel850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K

dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f)

Resduo [K dia-1]. Nvel 200 hPa: (g) Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i) TV

r [K dia-1]; (j) pT [K dia-1]; (k)

pcP [K dia-1];(l) Resduo [K dia-1]..................................... 99

4.23 - Balano de Umidade para o Episdio El Nio. Anlise 25/12/97:(a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f) pq

[g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1dia-1];

(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 101

4.24 - Balano de Umidade para o Episdio El Nio. Anlise 26/12/97:(a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV


[g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo[g Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV


(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 102

4.25 - Balano de Vorticidade para o Episdio La Nia, em 850 hPa.Anlise 16/01/99: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia[dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d) HV



[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr






[Hz dia1]; (h) Vfr



4.28 - Balano de Vorticidade para o Episdio La Nia, em 200 hPa.Anlise - 17/01/99: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia[dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d) HV



[Hz dia1]; (h) Vfr



4.29 - Balano de Calor para o Episdio La Nia. Anlise 16/01/99:Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c)

TV r




-1]; (l) Resduo [K dia-1].................................... 110

4.30 - Balano de Calor para o Episdio La Nia. Anlise 17/01/99:Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c)

TV r




-1];(l) Resduo [K dia-1]..................................... 111

4.31 - Balano de Umidade para o Episdio La Nia. Anlise 16/01/99:(a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV




(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 113

4.32 - Balano de Umidade para o Episdio La Nia. Anlise 17/01/99:(a) Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV


[g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo[g Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV


(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 114

4.33 - Balano de Vorticidade para o Episdio ZCAS e AB, em 850 hPa.Previso de 24 horas (97031612 para 97031712): (a) VorticidadeRelativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d)

HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr


4.37 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Previso de 24 horas(97031612 para 97031712). Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)

tT [K dia-1]; (c) TV r

[K dia-1]; (d) pT [K dia-1]; (e)pcP [K dia

-1]; (f) Resduo [K dia-1]. Nvel 200 hPa: (g)Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i) TV

r [K dia-1]; (j)

pT [K dia-1]; (k) pcP [K dia-1]; (l) Resduo [K

dia-1]..................................................................................................... 122

4.38 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Previso de 96 horas(97031612 para 97032012). Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)




r [K dia-1]; (j)


dia-1]..................................................................................................... 123

4.39 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Previso de 24horas (97031612 para 97031712) (a) Umidade Especfica (925 hPa)[g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r


r [g

Kg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..... 125

4.40 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Previso de 96horas (97031612 para 97032012): (a) Umidade Especfica (925 hPa)[g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r

[g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g

Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV r

[gKg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1].... 126

4.41 - Balano de Vorticidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses, em 925 hPa. Previso de 48 horas (99052712 para99052912): (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1];(c) t [Hz dia1]; (d) HV

r [Hz dia1]; (e) -.v [Hz dia1];

(f) p [Hz dia1]; (g) Vr

[Hzdia1]; (h) Vfr

[Hzdia1];(i) )pV(k

rr [Hz dia1]; (j) Resduo [Hz dia1]........................ 128




[Hzdia1]; (h) Vfr

[Hzdia1];(i) )pV(k





[Hzdia1]; (h) Vfr

[Hzdia1];(i) )pV(k





[Hzdia1]; (h) Vfr

[Hzdia1];(i) )pV(k


4.45 - Balano de Calor para o Episdio Sistemas Frontais e Ciclogneses.Previso de 48 horas (99052712 para 99052912): Nvel 850 hPa: (a)Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d)

pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f) Resduo [K

dia-1]. Nvel 500 hPa: (g) Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i)TV

r [K dia-1]; (j) pT [K dia-1]; (k) pcP [K

dia-1]; (l) Resduo [K dia-1].................................................................. 133

4.46 - Balano de Calor para o Episdio Sistemas Frontais e Ciclogneses.Previso de 72 horas (99052712 para 99053012): Nvel 850 hPa: (a)Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d)

pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f) Resduo [K

dia-1]. Nvel 500 hPa: (g) Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i)TV

r [K dia-1]; (j) pT [K dia-1]; (k) pcP [K

dia-1];(l) Resduo [K dia-1]................................................................... 134

4.47 - Balano de Umidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses. Previso de 48 horas (99052712 para 99053012): (a)Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV




(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 135

4.48 - Balano de Umidade para o Episdio Sistemas Frontais eCiclogneses. Previso de 72 horas (99052712 para 99053012): (a)Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica(850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa:(d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e) qV




(k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..................................................................... 136

4.49 - Balano de Vorticidade para o Episdio El Nio, em 850 hPa.Previso de 24 horas (97122412 para 97122512): (a) VorticidadeRelativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d)

HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr


4.53 - Balano de Calor para o Episdio El Nio. Previso de 24 horas(97122412 para 97122512): Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)




r [K dia-1]; (j)


dia-1]..................................................................................................... 142

4.54 - Balano de Calor para o Episdio El Nio. Previso de 48 horas(97122412 para 97122612): Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)




r [K dia-1]; (j)


dia-1]..................................................................................................... 143

4.55 - Balano de Umidade para o Episdio El Nio. Previso de 24 horas(97122412 para 97122512): (a) Umidade Especfica (925 hPa) [gKg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r


r [g

Kg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1]..... 144

4.56 - Balano de Umidade para o Episdio El Nio. Previso de 48 horas(97122412 para 97122612): (a) Umidade Especfica (925 hPa) [gKg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) gua

Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo[g

Kg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV r

[gKg-1 dia-1]; (j) pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1].... 145

4.57 - Balano de Vorticidade para o Episdio La Nia, em 850 hPa.Previso de 24 horas (99011512 para 99011612): (a) VorticidadeRelativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t [Hz dia1]; (d)

HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr



HVr


r [Hz dia1]; (h) Vf


rr


4.61 - Balano de Calor para o Episdio La Nia. Previso de 24 horas(99011512 para 99011612): Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)




r [K dia-1]; (j)


dia-1]..................................................................................................... 151

4.62 - Balano de Calor para o Episdio La Nia. Previso de 48 horas(99011512 para 99011712): Nvel 850 hPa: (a) Temperatura [K]; (b)




r [K dia-1]; (j)


dia-1]..................................................................................................... 152

4.63 - Balano de Umidade para o Episdio El Nio. Previso de 24 horas(99011512 para 99011612): (a) Umidade Especfica (925 hPa) [gKg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r


r [g


4.64 - Balano de Umidade para o Episdio La Nia. Previso de 48 horas(99011512 para 99011712): (a) Umidade Especfica (925 hPa) [gKg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [g Kg-1]; (c) guaPrecipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [g Kg-1 dia-1]; (e)

qV r

[g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo[gKg-1 dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV

r [g


LISTA DE TABELAS

Pag.

3.1 - Data da rodada do modelo e perodo avaliado.......................................... 61

5.1 - Sntese das concluses da anlise dos termos individuais dos balanos... 160

LISTA DE SMBOLOS

cp - Calor especfico presso constante

f - Vorticidade planetria

F - Processos dissipativos de vorticidade

Fq - Fonte/sumidouro de umidade especfica

g - Acelerao da gravidade

J - Taxa de aquecimento/resfriamento diabtico

L - Calor latente de condensao

p - Coordenada vertical (presso)

ps - Presso superfcie

q - Umidade especfica

Q1 - Fonte aparente de calor

Q2 - Sumidouro aparente de umidade

s - Energia esttica seca

T - Temperatura

t - Tempo

v - Componente meridional do vento

z - Coordenada vertical (altura)

- Coordenada vertical utilizada pelo modelo

- Geopotencial

- Variao meridional do parmetro de Coriolis

- Velocidade vertical em coordenada P

- Vorticidade absoluta

- Vorticidade relativa

- Divergente

- Rotacional

kr

- Vetor unitrio na direo vertical

Vr

- Vetor vento

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

AB - Alta da Bolvia

COLA - Center for Ocean, Land and Atmosphere Studies

CPTEC - Centro de Previso de Tempo e Estudos Climticos

ECMWF - European Centre for Medium Range Weather Forecasts

ENOS - El Nio - Oscilao Sul

FGCE - Global Weather Forecast

GFDL - Geophysical Fluid Dynamics Laboratory

GRADS - The Grid Analysis and Display System

MCGA - Modelo de Circulao Geral Atmosfrico

MRF - Medium Range Forecasting Model

NCAR - National Center for Atmospheric Research

NCEP - National Centers for Environmental Prediction

NMC - National Meteorological Center

NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration

PNMM - Presso ao Nvel Mdio do Mar

TOGA - Tropical Oceans Global Atmosphere

TSM - Temperatura Superfcie do Mar

ZCAS - Zona de Convergncia do Atlntico Sul

ZCIT - Zona de Convergncia Intertropical

ZCPS - Zona de Convergncia do Pacfico Sul

ZFS - Zonas Frontais Subtropicais

33

CAPTULO 1

INTRODUO

Previses de tempo com ndices de preciso cada vez mais altos tm sido um constante

desafio para os diversos centros meteorolgicos. Neste sentido, muitos esforos vm

sendo empregados a fim de desenvolver e aprimorar tcnicas de modelagem numrica

que possibilitem prognsticos mais realsticos da formao e evoluo de fenmenos

meteorolgicos.

A avaliao do desempenho de modelos numricos em simular o estado futuro da

atmosfera pode ser feita atravs do monitoramento dirio das previses, onde verifica-se

a eficincia do modelo na determinao das caractersticas de um determinado

fenmeno. Caractersticas tais como extenso vertical (profundidade), extenso

horizontal, intensidade e propagao de um fenmeno meteorolgico podem ser

determinadas a partir de mtodos de anlises meteorolgicas, que baseiam-se nos

parmetros derivados de variveis meteorolgicas disponveis, denominados

diagnsticos meteorolgicos, indispensveis no monitoramento e previso de tempo.

Desta forma, os termos predominantes na formao e intensificao de fenmenos

meteorolgicos podem ser identificados atravs de anlises diagnsticas de tais

parmetros.

Uma forma de anlise diagnstica consiste, basicamente, no clculo de diversos termos

das equaes que governam um determinado fenmeno, identificao da variao

temporal e espacial dos diversos termos individuais e interpretao do resduo da

equao em funo dos fenmenos no mensurveis pela rede de informaes, ou seja,

uma anlise com o intuito de diagnosticar o estado geral da atmosfera e interpretar os

campos fornecidos por Modelos de Previso Numrica de Tempo.

34

O clculo dos balanos de vorticidade, umidade e energia termodinmica so

comumente utilizados no estudo do comportamento atmosfrico na presena de

forantes trmicas e dinmicas, utilizando-se modelos numricos de previso de tempo.

Yanai et al (1973) introduziram um mtodo para o clculo do que chamaram de fonte

aparente de calor (Q1) e sumidouro aparente de umidade (Q2), obtidos como resduos

dos balanos de calor e umidade em grande escala. Fisicamente, Q1 inclui a

contribuio do calor latente, da convergncia vertical do fluxo turbulento vertical de

calor sensvel e do aquecimento radiativo, enquanto que Q2 inclui os efeitos de

condensao menos a evaporao e da convergncia vertical do fluxo turbulento vertical

de vapor dgua. A partir de uma combinao de um modelo unidimensional simples

para um aglomerado de cumulus com os balanos de calor e umidade em grande escala

aplicados a uma rede de radiossondas, eles demonstraram que os fluxos de massa nas

nuvens so muito superiores ao fluxo vertical de massa mdio, de modo que o

aquecimento do ambiente em grande escala devido principalmente compresso

adiabtica resultante do movimento descendente de compensao. Desta forma, as

grandes quantidades de vapor e gua lquida desentranhadas das nuvens tendem a

balancear o ressecamento do ambiente causado por esse movimento descendente. Alm

disso, os efeitos de resfriamento devido `a reevaporao de gua lquida desentranhada

das nuvens so importantes no balano de calor.

Seguindo a mesma nomenclatura de Yanai et al, Reed e Johnson (1974) definiram um

mtodo para o clculo do resduo da equao da vorticidade denominado fonte

aparente de vorticidade. O balano de vorticidade foi determinado a partir de um

conjunto de dados observacionais de trs meses, para distrbios ondulatrios de leste no

Oceano Pacfico Oeste Tropical. Os resultados indicam um imbalano substancial nas

regies afetadas pelas ondas ou convectivamente ativas. Nestas regies

convectivamente ativas, observa-se a existncia de sumidouros aparente de vorticidade

na baixa troposfera e fontes aparente de vorticidade numa estreita camada da alta

troposfera, que atuam no sentido de reduzir as variaes de vorticidade produzidas pelos

movimentos de grande escala.

35

Fein (1977) calculou os termos da equao de vorticidade em grande escala sobre os

trpicos e subtrpicos em 200 mb, durante o vero do Hemisfrio Norte. Seus

resultados mostram que a produo de vorticidade pelo campo de vento divergente no

balanceada sobre a faixa tropical e subtropical, e que necessrio mecanismos de

escala subgrade que removam vorticidade negativa das regies de forte divergncia

(Altas do Tibet e do Mxico) e vorticidade positiva das regies de forte convergncia

(cavados oceanicos mdios) em 200 mb durante o vero do Hemisfrio Norte uma

taxa de 4 x 10-10 s-1.

Hodur e Fein (1977) estimaram o balano de vorticidade sobre as Ilhas Marshall durante

os meses de primavera e vero. Eles obtiveram que os resduos e a intensa conveco

associada com a Zona de Convergncia Intertropical (ZCIT) esto bem correlacionados

e sugeriram que os processos de conveco cumulus de escala subgrade desempenham

um importante papel no transporte vertical de vorticidade nas regies ocenicas

tropicais durante a primavera e o vero.

Cho et al. (1979, citado por Virji, 1982) mostrou que no Atlntico Norte tropical,

nuvens cumulus modificam o campo de vorticidade de grande escala atravs da

adveco vertical de vorticidade mdia pelo fluxo de massa vertical e do twisting da

vorticidade horizontal na direo vertical devido a distribuio no homognea da

populao de nuvens.

Utilizando campos de ventos objetivamente analisados, Virji (1982) estimou valores

mdios do balano de vorticidade de grande escala na alta troposfera sobre a America

do Sul tropical e extratropical, durante o vero. Seus resultados mostram que a

componente dominante no balano de vorticidade, termo de divergncia, no

balanceada pelas outras componentes de grande escala, o que indica que a adveco

vertical de vorticidade pela conveco cumulus de escala subgrade contribui

significativamente na manuteno do balano sobre esta regio.

36

Wei et al (1983), Johnson et al (1987) e Schaack et al (1990) estimaram as distribuies

globais sazonais da taxa de aquecimento troposfrico mdio atravs da integrao

vertical da equao da continuidade de massa isentrpica, usando as anlises do NMC -

FGCE IIIa e do ECMWF FGGE IIIb. Eles mostraram que as maiores fontes de calor

esto localizadas sobre a Amrica do Sul, frica Equatorial, a Zona de Convergncia

Intertropical, regio de monso da sia e as tempestades ciclnicas ocenicas do

Hemisfrio Norte e que os principais centros de aquecimento migram meridional e

zonalmente com as variaes anuais da latitude de mxima incidncia de radiao solar

e o contraste trmico continente-oceano de escala planetria.

Sardeshmukh e Held (1984) analisaram o balano de vorticidade na alta troposfera

tropical de um modelo de circulao geral construdo no Geophysical Fluid Dynamics

Laboratory (GFDL), enfatizando a regio do anticiclone Tibetano. Constatou-se que o

modelo produz uma simulao razovel dos padres de grande escala do fluxo de vento

em 200 mb nos trpicos, durante o vero do Hemisfrio Norte, sem a incluso de

processos de escala subgrade que amortecem a vorticidade na alta troposfrica. H um

considervel cancelamento entre os termos de estiramento ("stretching") e a adveco

horizontal de vorticidade na regio do Plat Tibetano, com o restante sendo balanceado

pela adveco vertical e o "twisting".

Sardeshmukh e Hoskins (1985) examinaram o balano de vorticidade mdia-temporal

tropical durante o El Nio - Oscilao Sul (ENOS) de 1982-83 para diagnosticar a

influncia de aquecimentos anmalos na circulao atmosfrica. Um resultado

interessante deste estudo foi que apesar da conveco tropical anomalamente intensa,

fontes divergentes locais nos trpicos foram pequenas.

Silva Dias (1987) discutiu o balano de vorticidade em mesoescala, nas proximidades

da superfcie, visando a identificao dos termos predominantes e suas respectivas

evolues temporais em situaes sinticas convectivas de vero. Obteve-se que a

conveco produz um efeito nos termos relativos inclinao dos vrtices e adveco

37

vertical de vorticidade. A conveco mostra-se aparente no campo de divergncia e

movimento vertical, mas especialmente notvel no resduo do balano de vorticidade.

Hoerling e Johnson (1991) analisaram o balano de vorticidade no inverno do

Hemisfrio Norte, e mostraram que a conservao da circulao na baixa troposfera

uma resposta direta para o aquecimento diferencial de continentes e oceanos.

Gandu (1993), analisou a resposta troposfrica na Amrica do Sul forantes trmicas

localizadas a partir de simulaes com um modelo dinmico tridimensional no linear

de equaes primitivas e em coordenadas sigma. Seus resultados de simulaes com

fonte estacionria mostram que a no linearidade diminui a intensidade da Alta da

Bolvia e aumenta a do Ciclone associado em baixos nveis. Por outro lado, a defasagem

nas respostas dos campos rotacional e divergente, induzidas pela fonte transiente, faz

com que os campos mdios dessa simulao sejam mais semelhantes aos simulados com

fonte estacionria linear que aos da no linear.

Li e Yanai (1996) examinaram a distribuio global de fontes de calor e sumidouros de

umidade da troposfera usando as anlises do ECMWF TOGA de 1985 a 1992. Eles

obtiveram que as fortes monses de vero da sia, como definida por Webster e Yang

(1992, citado por Yanai et. al., 1998), esto associadas com o aumento do aquecimento

sobre o Mar Arbico, a Baa de Bengala e o Oceano Pacfico Ocidental, e reduo do

aquecimento sobre o Oceano ndico Equatorial e o Pacfico Oriental e Central. No ano

de fraca monso de vero na sia, o aquecimento sobre o sul da sia

significantemente enfraquecido, enquanto que sobre o Pacfico Equatorial Central at a

costa da Amrica do Sul, aumenta acentuadamente.

Yanai et al (1998), usando as reanlises do NCEP-NCAR, determinaram as

distribuies de fontes de calor Q1 e sumidouro de umidade Q2, entre 50o N e 50o S para

um perodo de 15 anos, de 1980 1994. Eles examinaram a variabilidade sazonal e

38

interanual de fontes de calor e sumidouros de umidade e os mecanismos de aquecimento

sobre vrias regies.

Assim, os objetivos propostos deste trabalho so: estudar os balanos das equaes de

vorticidade, energia termodinmica e conservao de umidade especfica, a fim de

identificar os termos predominantes e suas evolues temporal e espacial durante

episdios de Zona de Convergncia do Atlntico Sul (ZCAS) e Alta da Bolvia (AB),

Sistemas Frontais e Ciclogneses, El Nio e La Nia; interpretar as fontes/sumidouros

de vorticidade, calor e umidade atravs do clculo e anlise dos resduos dos balanos; e

avaliar o desempenho do Modelo Global do CPTEC/COLA em simular os balanos de

vorticidade, calor e umidade.

39

CAPTULO 2

DESCRIO DO MODELO ESPECTRAL GLOBAL DO CPTEC/COLA

Neste Captulo, apresenta-se sucintamente a estrutura do Modelo Global do

CPTEC/COLA utilizado no desenvolvimento deste trabalho.

2.1- MODELO GLOBAL CPTEC/COLA

O modelo de circulao geral atmosfrico (MCGA) CPTEC/COLA teve sua origem no

modelo global americano conhecido como Medium Range Forecasting Model (MRF),

usado para previso de tempo de mdio prazo pelo National Centers for Environmental

Prediction (NCEP, ento NMC) em 1985. O MRF possui uma dinmica espectral

desenvolvida pelo NCEP e parametrizaes fsicas na escala subgrade, desenvolvidas

no Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) do National Oceanic and

Atmopheric Administration (NOAA) na Universidade de Princeton, EUA. Esse modelo

foi transferido para Center for Ocean, Land and Atmosphere Studies (COLA), onde

sofreu, desde sua implantao, modificaes nos processos de superfcie (tratamento da

radiao de onda longa, parametrizao de cumulus, fsica da superfcie e propagao

de ondas de gravidade).

O modelo adotado pelo CPTEC foi a verso 1.7 do COLA, que continha truncamento

romboidal. Essa verso foi generalizada para truncamento triangular, foram introduzidas

resolues horizontal e vertical versteis, adaptaes na gerao de arquivos de entrada

e sada para as necessidades operacionais do CPTEC e utilizao de temperatura da

superfcie do mar mdia observada da ltima semana (Bonatti, 1996).

O modelo global para previso de tempo operacional do CPTEC/COLA possui

resoluo T62L28, ou seja, truncamento triangular na onda zonal de nmero 62 e

40

estrutura vertical de 28 nveis, o que equivale a uma grade de aproximadamente

200x200 km prximo ao equador.

As leis fsicas bsicas que governam os movimentos atmosfricos utilizadas pelo

MCGA so: conservao de massa e umidade (ar seco e mido tratados separadamente),

de energia e de momentum angular. As equaes principais so: equao do

movimento, equao da continuidade para o ar seco e vapor dgua e a primeira lei da

termodinmica. A equao para a componente vertical da velocidade substituda por

uma relao diagnstica que supe, para as escalas espacial e temporal de interesse,

movimentos em aproximado equlibrio hidrosttico.

O modelo formulado com uma discretizao espectral na horizontal e um esquema de

diferenas finitas na vertical e no tempo. As equaes do movimento horizontal so

transformadas nas equaes da vorticidade e da divergncia, facilitando o tratamento

espectral e a implantao do mtodo semi-implcito de integrao no tempo. H tambm

um esquema de inicializao utilizando-se os modos normais do modelo linearizado

sobre um estado bsico em repouso e com temperatura em funo apenas da vertical,

que inclui os termos referentes aos processos diabticos. A coordenada vertical a

sigma ( = p/ps), que permite a simples introduo da topografia, pois sigma tem

valor constante igual a 1 acompanhando a superfcie da Terra.

As principais variveis prognsticas do modelo so: o logartmo de presso, a

vorticidade, divergncia, temperatura virtual e umidade especfica.

A descrio detalhada do Modelo Global CPTEC/COLA, bem como as equaes

empregadas esto documentadas em Kinter et al. (1997).

41

CAPTULO 3

METODOLOGIA

3.1. DESCRIO DOS EPISDIOS ESTUDADOS

A seguir apresentada uma breve descrio dos episdios analisados neste trabalho,

bem como os perodos correspondentes s simulaes, de acordo com as classificaes

da Revista Climanlise.

3.1.1. Episdio 1: Zona de Convergncia do Atlntico Sul e Alta da Bolvia

A Zona de Convergncia do Atlntico Sul (ZCAS) considerada um dos fenmenos

mais importantes na escala intrasazonal que ocorre durante os meses mais quentes do

vero do Hemisfrio Sul. Devido a grande variabilidade de sua posio e intensidade,

exerce influncia determinante sobre o regime de precipitao em grande parte da

Amrica do Sul e especialmente no Brasil (Satyamurty e Rao, 1988).

A ZCAS convencionalmente definida como sendo uma faixa persistente de

nebulosidade e precipitao orientada no sentido noroeste-sudeste, associada a uma

zona de convergncia na baixa troposfera, que se estende desde o sul da regio

Amaznica at o Atlntico Sul Central.

Em baixos nveis, observa-se o escoamento de norte-noroeste que comea ao longo da

encosta leste dos Andes e se estende para a regio sudeste do Brasil na forma de um

jato, contribuindo substancialmente para a convergncia de umidade (necessria para a

manuteno da ZCAS) da Amaznia para o Brasil Central e Regies Sudeste e Sul do

Brasil.

42

Outros fatores que contribuem para a formao e permanncia da ZCAS so: o

aquecimento continental, que responsvel pela formao de regies de baixa presso e

conveco; o encontro do ar frio, que flui na direo norte, prximo ao litoral, com as

guas quentes, tornando a atmosfera instvel nos baixos nveis.

Kodama (1992) comparou a estrutura de grande escala da ZCAS, ZCPS e da Zona

Frontal de Baiu e concluiu que as regies de precipitao, denominadas por ele de

Zonas Frontais Subtropicais (ZFS), embora ocorram em regies topograficamente

distintas, possuem caractersticas em comum, tal como o de ocorrerem associadas s

conveces tropicais de mono e aos anticiclones subtropicais.

No Brasil, a ZCAS atua principalmente nas Regies Sudeste e Centro Oeste. Porm,

algumas vezes nota-se a atuao desta zona de convergncia no sul da Bahia ou no

Estado do Paran. Nas Regies Sul/Sudeste, a ZCAS uma das principais causas da

estao chuvosa, desempenhando um papel substancial na ocorrncia de veranicos e

enchentes severas, pois devido s suas caractersticas fsicas, mantm-se atuante durante

vrios dias (Casarin e Kousky, 1986 e Silva Dias et al, 1988).

Na alta troposfera, os padres de circulao na regio da Amrica do Sul foram

estudados por Virji (1981) a partir de dados derivados do movimento de nuvens

observadas pelo satlite SMS-I, durante os meses de janeiro e fevereiro de 1975 a 1977.

As principais caractersticas observadas foram um anticiclone quase-estacionrio, bem

desenvolvido sobre o Plat Boliviano, comumente denominado Alta da Bolvia,

associado a um cavado mais a leste, sobre a Regio Nordeste do Brasil; uma faixa de

ventos de leste sobre o noroeste da Amrica do Sul e um forte escoamento de sul

cruzando o equador entre 60o W e 80 o W.

A Alta da Bolvia surge na primavera, quando comea a aquecer o plat boliviano e a

conveco sobre a regio Amaznica intensificada e, atinge sua intensidade mxima

durante o vero, enfraquecendo nos meses de outono (Dean, 1971). Segundo Kousky e

43

Kayano (1981), o anticiclone inicia-se em outubro sobre o oeste da Amaznia, situa-se

sobre a Bolvia no vero e em abril desloca-se para a Amaznia Central. Possui seu

centro em torno de 15oS/65oW, quando sua intensidade mxima.

O desenvolvimento da Alta da Bolvia est associado inicialmente ao aquecimento do

continente, que favorece a queda de presso na superfcie e transfere calor sensvel do

continente para a atmosfera, contribuindo para a formao de nuvens convectivas, nas

quais h liberao de calor latente e consequente expanso da atmosfera, formando a

Alta da Bolvia.

Observa-se no vero, divergncia nos altos nveis e convergncia nos baixos nveis, o

que implica em movimentos ascendentes principalmente sobre a Bacia Amaznica, os

Andes Central, Bolvia, e a Bacia do Rio Paran no Brasil e Paraguai (Virji, 1981).

Para o Episdio 1: ZCAS e Alta da Bolvia, considerou-se o perodo de 17 a 23 de

maro de 1997. A partir do dia 17, a banda de nebulosidade esteve atuante sobre o norte

da Regio Centro-Oeste, e em grande parte da Regio Nordeste, estendo-se para o

Oceano Atlntico, pelo litoral da Bahia (Climanlise, 1997a). Associada a uma regio

de presses relativamente mais baixas (Fig. 3.1), observa-se, atravs da Fig. 3.2, uma

regio de convergncia dos ventos (850 hPa) entre os dias 16 (dia da rodada do modelo)

e 21, que se estende pela Regio Nordeste at o Oceano Atlntico, tpico de episdios

de ZCAS. No dia 22, verifica-se um vrtice ciclnico prximo ao litoral da Regio

Sudeste, associado a um centro de baixa presso que se formou nesta regio. No dia 23,

com a penetrao da alta da retaguarda na regio de convergncia, permaneceu apenas

um cavado nesta regio, caracterizando o enfraquecimento da ZCAS e seu

desaparecimento. Em 200 hPa (Fig.3.3), observa-se entre os dias 16 e 19, a presena de

uma crista na regio da Alta da Bolvia e o vrtice ciclnico do Nordeste sobre o

Oceano Atlntico. A partir do dia 20, a Alta da Bolvia apresenta-se configurada, com o

centro sobre o Estado do Mato Grosso, em torno de 10o - 15o S e 50o - 60o W.

44

Fig. 3.1 Campo de presso ao nvel mdio do mar (em hPa) para o Episdio ZCAS eAlta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).

45

Fig. 3.2 Campo de vento (linhas de corrente) em 850 hPa para o Episdio ZCAS eAlta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).

46

Fig. 3.3 Campo de vento (linhas de corrente) em 850 hPa para o Episdio ZCAS eAlta da Bolvia (16 a 23 de maro de 1997).

47

3.1.2. Episdio 2: Sistemas Frontais e Ciclogneses

Os sistemas frontais que se deslocam sobre o Brasil esto entre as perturbaes

atmosfricas mais importantes, responsveis pelos regimes de precipitao e mudanas

de temperatura em quase todo o pas, mesmo nas regies tropicais.

A formao ou intensificao de sistemas frontais (frontognese meteorolgica) um

processo pelo qual o gradiente horizontal de temperatura intensificado. A

frontognese, na maioria dos casos, acompanha o desenvolvimento das perturbaes

sinticas em uma atmosfera baroclnica. Entre dois anticiclones fortes h uma regio

preferencial para frontognese ou frontlise (dissipao da frente). A frontognese

ocorre muitas vezes no sul da Regio Central e na Regio Sul do Brasil, assim como no

Paraguai e norte da Argentina.

Na maioria das vezes, os sistemas frontais originam-se a partir de ondas baroclnicas das

latitudes mdias, de escala espacial da ordem de 3000 km, e que esto imersas nos

ventos de oeste daquelas latitudes. Tais ondas provenientes do Oceano Pacfico

modificam-se ao atravessar os Andes e interagem com a circulao atmosfrica sobre a

Amrica do Sul, o que faz com que as frentes adquiram uma componente de

deslocamento em direo ao equador aps cruzarem os Andes e, com propagao tpica

de sudoeste para nordeste ao longo da costa leste da Amrica do Sul, chegam a atingir

latitudes tropicais.

Estudos indicam que, durante a maior parte do ano (com exceo do inverno), os

sistemas frontais deslocam-se sobre a Amrica do Sul at as latitudes tropicais e

interagem com a conveco tropical, organizando e acentuando os sistemas convectivos

(aglomerados de cumulunimbus de meso e grande escalas) na Amaznia (Regio

Norte).

48

A penetrao de sistemas frontais at as latitudes tropicais um importante mecanismo

causador de chuvas no Nordeste. Estes sistemas frontais penetram no Nordeste durante

todo o ano e desempenham importante papel no mximo de precipitao de novembro a

janeiro, do sul-sudeste do Nordeste, organizando e incrementando tambm a

precipitao convectiva continente adentro, nas partes oeste e sudoeste do Nordeste.

As frentes que chegam a atingir o Nordeste brasileiro no apresentam um intenso

gradiente trmico, no entanto, possuem um grande contraste de umidade, o que mantm

o sistema ativo sobre a regio. Estes eventos so bastante freqentes de novembro a

fevereiro e apresentam grande variabilidade interanual (Virji e Kousky, 1983; Oliveira,

1986).

Ciclognese a formao ou intensificao de um sistema de baixa presso em

superfcie. Geralmente, a ciclognese provocada por perturbaes em mdios e altos

nveis.

O desenvolvimento de um ciclone inicia-se quando um distrbio ondulatrio leva ar

quente para as altas latitudes e ar frio para as baixas latitudes, ou seja, h uma troca de

calor entre regies quentes e frias. Os ventos associados contribuem para a formao de

duas zonas frontais, uma frente fria e outra quente. Nos altos nveis ocorre divergncia e

nos baixos nveis convergncia.

Os principais fatores que favorecem o desenvolvimento e a intensificao dos ciclones

extratropicais so: o aquecimento nos nveis baixos da atmosfera, os movimentos

verticais adiabticos, a adveco de vorticidade e a adveco trmica. A presena de

uma montanha provoca uma intensificao do ciclone quando ele desce a montanha e

uma desintensificao quando ele sobe. Assim, a presena da Cordilheira dos Andes na

Amrica do Sul fornece as condies para que a leste desta haja uma regio

ciclogentica. Na costa leste da Amrica do Sul, a maior freqncia das ciclogneses

ocorre nos meses de inverno (Gan, 1992).

49

Baseado na Revista Climanlise (1999b), foi selecionado o perodo de 28 de maio a 03

de junho de 1999 para simulao deste episdio. Pelas figuras 3.4 e 3.5, observa-se que

no perodo de 27/05 (data da rodada do modelo) a 03/06, a atuao de trs sistemas

frontais sobre a Amrica do Sul (925hPa). O primeiro encontrava-se atuando no dia

27/05 sobre a Regio Sul do Brasil e deslocou-se rapidamente para o Oceano Atlntico,

como pode ser visto pelo painel do dia 28. Entre os dias 28 e 29/05, uma ciclognese e

uma frontognese deram origem ao segundo sistema frontal sobre a Regio Sul do

Brasil, associado a um centro de baixa presso em 35o S 52o W. No dia 30/05 este

sistema deslocou-se para a Regio Sudeste, no dia 31/05 para o Estado da Bahia, e no

dia 01/06 encontrava-se sobre o Oceano Atlntico. Ainda no dia 01/06, verifica-se a

presena do terceiro sistema frontal sobre o norte da Argentina; no dia 02/06, este

sistema deslocou-se para o litoral das Regies Sul e Sudeste e, no dia 03/06, para o

Oceano Atlntico. Em 200 hPa (Fig. 3.6), observa-se no dia 29/05, um cavado que se

estende desde o Oceano, passando pelo Uruguai, Rio Grande do Sul at o Paraguai. Este

cavado desloca-se para leste e intensifica-se, atingindo a Regio Sudeste no dia 30/05 e

o Estado de Tocantins, no dia 31/05. A partir do dia 01/06, o escoamento de altos nveis

entre 15o S e 35o S, tende a ser zonal.

50

Fig. 3.4 Campo de presso ao nvel mdio do mar (em hPa) para o Episdio SistemasFrontais e Ciclogneses (27de maio a 03 de junho de 1999).

51

Fig. 3.5 Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o Episdio SistemasFrontais e Ciclogneses (27 de maio a 03 de junho de 1999).

52

Fig. 3.6 Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o Episdio SistemasFrontais e Ciclogneses (27 de maio a 03 de junho de 1999).

53

3.1.3. Episdio 3: El Nio

O fenmeno El Nio caracterizado pelo aquecimento anmalo das guas superficiais

do Pacfico Equatorial Oriental. O aquecimento e o subsequente resfriamento num

episdio tpico de El Nio duram de 12 a 18 meses, inicia-se no comeo do ano,

atingindo sua mxima intensidade durante dezembro daquele ano e janeiro do prximo

ano e enfraquecendo-se na metade do segundo ano.

Bjerknes (1969, citado por Philander,1990) mostrou as possveis conexes entre o El

Nio e o fenmeno Oscilao Sul (OS), documentado por Walker (1924, citado em

Philander, 1990), o qual est relacionado ao efeito "seesaw da presso ao nvel do mar

nos Oceanos ndico e Pacfico Tropical, ou seja, com os deslocamentos de grande escala

leste-oeste de massa na atmosfera tropical.

O aumento dos fluxos de calor sensvel e de vapor dgua da superfcie do Oceano

Pacfico Equatorial para a atmosfera, sobre as guas quentes, provoca mudanas

significativas na circulao atmosfrica e na precipitao em escala regional e global

que, por sua vez, provocam mudanas nas condies meteorolgicas e climticas em

vrias partes do mundo.

Na escala interanual, por exemplo, o regime de precipitao em diversas regies da

Amrica do Sul sofre influncias do fenmeno ENOS (Rasmusson e Wallace, 1983;

Kousky et al., 1984; Ropelewski e Halpert, 1987; Kayano et al., 1988; Rao e Hada,

1990). Nicholls (1988) obteve que a variao interanual da precipitao mdia anual na

regio central do ENOS maior do que nas reas menos afetadas pelo fenmeno.

Vrios estudos indicam que, no Brasil, principalmente as regies semi-rida do

Nordeste, norte e leste da Amaznia, Regio Sul e vizinhanas so afetadas de forma

pronunciada pelas mudanas na circulao atmosfrica durante episdios de El Nio.

54

Na regio sul do Brasil ocorre aumento de precipitao, particularmente durante a

primavera no primeiro ano e posteriormente, o fim do outono e incio do inverno no

segundo ano. J o norte e o leste da Amaznia e o Nordeste brasileiro so afetados pela

diminuio de precipitao, principalmente, entre fevereiro e maio, quando ocorre a

estao chuvosa do semi-rido. O Sudeste do Brasil apresenta temperaturas mais

elevadas, tornando o inverno mais ameno. Nas demais regies do pas, os efeitos so

menos pronunciados e variam de um episdio para o outro.

Para efeito de simulao, foi considerado neste caso, o perodo de 25 a 31 de dezembro

de 1997. De acordo com a Revista Climanlise (1997b), em dezembro de 1997, o

fenmeno El Nio manteve-se intenso no Oceano Pacfico Equatorial e as anomalias de

Temperatura da Superfcie do Mar (TSM) no Pacfico Equatorial Leste apresentaram-se

altas, em torno de +5,5 oC. As figuras 3.7 e 3.8 apresentam a situao sintica para o

Episdio El Nio, para os campos de vento em 925 e 200 hPa, respectivamente. Durante

todo o perodo estudado, nota-se que os ventos alsios (925 hPa) apresentam-se mais

fracos no Pacfico Equatorial Central e Leste e uma regio de convergncia do

escoamento, aproximadamente entre 5o N e o equador, a qual est associada ZCIT. Em

200 hPa, entre os dias 27 e 30, observa-se a presena de dois centros de circulao

anticiclnica sobre o Pacfico Tropical Leste e o vrtice ciclnico do Nordeste.

55

Fig. 3.7 Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o Episdio El Nio (24a 31 de dezembro de 1997).

56

Fig. 3.8 Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o Episdio El Nio (24a 31 de dezembro de 1997).

57

3.1.4. Episdio 4: La Nia

La Nia, ou episdio frio do Oceano Pacfico, o resfriamento anmalo das guas

superficiais no Oceano Pacfico Equatorial Central e Oriental. As guas mais frias

estendem-se por uma faixa estreita, com largura de cerca de 10 graus de latitude ao

longo do equador, desde a costa peruana at aproximadamente 180o W no Oceano

Pacfico Central.

Durante os episdios de La Nina, os ventos alsios so mais intensos que a mdia

climatolgica no Oceano Pacfico Equatorial e o ndice de Oscilao Sul (indicador

atmosfrico que mede a diferena de presso atmosfrica superfcie, entre o Pacfico

Ocidental e o Pacfico Oriental) apresenta valores positivos, que indicam a

intensificao da presso do Pacfico Central e Oriental, em relao ao Pacfico

Ocidental. Em geral, o episdio comea a se desenvolver em meados de um ano, atinge

sua intensidade mxima no final deste ano, dissipando-se em meados do ano seguinte.

Observa-se que os episdios de La Nia apresentam maior variabilidade, enquanto que

os eventos de El Nio apresentam um padro mais consistente.

No Brasil, os principais efeitos observados de episdios de La Nia so:

passagens rpidas de frentes frias sobre a Regio Sul, com tendncia de

diminuio da precipitao nos meses de setembro a fevereiro,

principalmente no Rio Grande do Sul, alm do centro-nordeste da Argentina e

Uruguai;

durante o inverno, as temperaturas sobre a Regio Sudeste encontram-se

prximas ou ligeiramente abaixo da mdia climatolgica;

tendncia de chuvas abundantes no norte e leste da Amaznia;

58

possibilidade de chuvas acima da mdia na regio semi-rida do Nordeste

brasileiro. Essas chuvas apenas ocorrem, se simultaneamente ao La Nia, as

condies atmosfricas e ocenicas sobre o Oceano Atlntico mostrarem-se

favorveis, isto , temperatura da superfcie do mar (TSM) acima da mdia no

Atlntico Tropical Sul e abaixo da mdia no Atlntico Norte.

Para este episdio, foi selecionado o perodo de 16 a 22 de janeiro de 1999. Conforme

as classificaes da Revista Climanlise (1999a), em janeiro, o fenmeno La Nia

encontrava-se em sua fase madura. As TSMs no Pacfico Equatorial Central e Oriental

resgistraram desvios negativos de temperatura entre 1.5 e 3.0o C. O campo de

anomalias de presso ao nvel mdio do mar (PNMM) apresentou anomalias positivas

no setor tropical oriental e central do Pacfico, e anomalias negativas no setor ocidental,

contribuindo para a manuteno do La Nia. A situao sintica deste episdio

mostrada nas figuras 3.9 e 3.10, para os campos de vento em 925 e 200 hPa,

respectivamente. No nvel de 925 hPa, observa-se que os ventos alsios apresentam-se

mais intensos na Regio do Pacfico Equatorial Central do que no Episdio de El Nio;

nota-se tambm, a presena da ZCIT em torno de 5o N. Em 200 hPa, verifica-se uma

circulao anticiclnica prximo costa do Peru e Chile e, uma regio de ventos de

oeste, relativamente mais fortes, prximo ao equador, entre 100o W e 150o W.

59

Fig. 3.9 Campo de vento (linhas de corrente) em 925 hPa para o Episdio de La Nia(15 a 22 de janeiro de 1999).

60

Fig. 3.10 Campo de vento (linhas de corrente) em 200 hPa para o Episdio La Nia(15 a 22 de janeiro de 1999).

61

3.2. METODOLOGIA

Os estudos deste trabalho foram realizados utilizando o Modelo Global do

CPTEC/COLA, descrito no Captulo 2, em que est implementada a parametrizao de

conveco profunda tipo Kuo (1965) e modificada por Anthes (1977).

O Modelo Global do CPTEC/COLA utiliza como condio inicial uma anlise

confeccionada no National Centers for Environmental Prediction (NCEP), que gerada

em componentes espectrais para uma resoluo T062L28.

Inicialmente, foram recuperadas as anlises dos perodos correspondentes aos episdios

selecionados para os horrios sinticos, 00, 06, 12 e 18Z. Para cada caso, o modelo foi

rodado por um prazo de 168 horas (7dias), partindo sempre do horrio das 12Z, e com

sadas de 6 em 6 horas de previso.

Na Tabela 3.1 so apresentados as datas da rodada do modelo e os perodos avaliados de

cada episdio para as anlises e previses.

TABELA 3.1 DATAS DA RODADA DO MODELO E PERODO AVALIADO

EPISDIOS RODADA DO MODELO PERODO AVALIADO

ZCAS e Alta da Bolvia 16/03/97 (12Z) 17 a 23/03/97 (12Z)

S. Frontais e Ciclogneses 27/05/99 (12Z) 28/05 a 03/06/99 (12Z)

El Nio 24/12/97 (12Z) 25 a 31/12/97 (12Z)

La Nia 15/01/99 (12Z) 16 a 22/01/99 (12Z)

Executadas as rodadas do modelo, foram ento calculados os diversos termos das

equaes de balano de vorticidade, energia termodinmica e conservao de umidade

especfica, tanto para as anlises como para as previses obtendo-se, desta forma, os

resduos.

62

O estudo dos balanos foram realizados em duas reas distintas (Fig. 3.11), de acordo

com o caso de interesse:

rea 1: 10o N - 60o S e 100o W 10o W, para os episdios 1 e 2;

rea 2: 25o N 25o S e 160o W 30o W, para os episdios 3 e 4.

(a) (b)

Fig. 3.11 - Regies utilizadas para o estudo dos balanos: (a) rea 1 para os episdios 1

e 2; (b) rea 2 para os episdios 3 e 4.

A avaliao dos resultados consistiu de duas etapas:

a) Primeiramente, foram analisados individualmente os termos das equaes

de balano para as anlises do horrio 12Z, visando identificar os termos

predominantes e suas respectivas evolues temporal e espacial. As fontes

e sumidouros de vorticidade, calor e umidade foram interpretados a partir

dos resduos.

63

b) Na segunda etapa, avaliou-se o desempenho do Modelo Global do

CPTEC/COLA em prever os termos das equaes de vorticidade, calor e

umidade durante os episdios estudados, comparando-se as previses com

as respectivas anlises.

Os scripts em GRADS desenvolvidos para calcular dos termos das equaes de balano

de vorticidade, calor e umidade so apresentados no Apndice A.

3.3. EQUAES DE BALANO

O estudo dos balanos de vorticidade, energia termodinmica e conservao de umidade

especfica, so frequentemente utilizados para se analisar a importncia dos processos

dinmicos que contribuem para o estabelecimento da circulao atmosfrica induzida

por fontes tropicais de calor, bem como as interaes trpicos-extratrpicos e, para o

clculo de taxas de aquecimento (fontes e sumidouros) diabtico e determinao de

regies de movimentos ascendentes e subsidentes.

As equaes utilizadas para o clculo dos balanos so descritas em coordenadas

isobricas, uma vez que as anlises do modelo so ps-processadas em coordenada

vertical p.

A equao que descreve o balano de vorticidade, em superfcies de presso constante,

pode ser escrita como:

=

++

++ F

pVkV

pV

t

rrrr

(3.1)

(i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi)

onde:

64

Termo (i) tendncia local da vorticidade relativa ,

Termo (ii) adveco horizontal de vorticidade absoluta = f + ,

Termo (iii) adveco vertical de vorticidade relativa ,

Termo (iv) estiramento dos vrtices (stretching),

Termo (v) toro dos vrtices (twisting),

Termo (vi) resduo.

Do ponto de vista de um balano, os termos de adveco horizontal de vorticidade

absoluta e de adveco vertical de vorticidade relativa (termos ii e iii) representam um

rearranjo espacial da vorticidade absoluta, enquanto os demais termos (estiramento,

toro e dissipao) representam estritamente as fontes e/ou sumidouros de

vorticidade relativa.

Neste estudo, como a atmosfera representada de forma tri-dimensional, com uma

razovel resoluo vertical, foram mantidos e avaliados os termos de adveco vertical

de vorticidade e de toro dos vrtices (comumente omitidos na definio da forante

em modelos barotrpicos, no estudo da interao trpico-extratrpicos) para verificar

qual sua magnitude e importncia no balano de vorticidade.

A equao que ser utilizada para o clculo do balano termodinmico dada por:

pp cJ

pcpTTV

tT

=

+

++ r (3.2)

(i) (ii) (iii) (iv) (v)

onde:

Termo (i) tendncia local de temperatura T,

Termo (ii) adveco horizontal de temperatura,

Termo (iii) adveco vertical de temperatura,

65

Termo (iv) adveco de espessura,

Termo (v) taxa de aquecimento/resfriamento diabtico.

A equao (3.2) pode ser escrita como em Pedigo e Vincent (1990):

J

pssV

ts

=

++ r , (3.3)

onde s = cpT + gz a energia esttica seca. Se s representa grandeza de grande escala,

Q1 = J a fonte aparente de calor.

O balano de umidade especfica pode ser descrito pela seguinte equao:

qFpqqV

tq

=

++ r (3.4)

(i) (ii) (iii) (iv)

onde:

Termo (i) tendncia local de umidade especfica q,

Termo (ii) adveco horizontal de umidade especfica,

Termo (iii) adveco vertical de umidade especfica,

Termo (iv) fonte/sumidouro de umidade especfica.

Se as grandezas do lado direito da equao (3.4) representam a grande escala, ento

Q2 = - LFq o sumidouro aparente de umidade (Stull, 1988).

67

CAPTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 EPISDIO 1: ZCAS E ALTA DA BOLVIA

Os campos de vorticidade e divergncia indicam valores relativamente maiores de

vorticidade ciclnica (Fig. 4.1 (a) e 4.3 (a)) e convergncia (Fig. 4.1(b) e 4.3(b)),

respectivamente, na regio da Zona de Convergncia associada ZCAS, em 850 hPa.

No nvel de 200 hPa, o campo de vorticidade ((Fig. 4.2 (a) e 4.4 (a)) apresenta

vorticidade anticiclnica sobre o continente, onde encontra-se uma crista no dia 17 e a

Alta da Bolvia no dia 20 e vorticidade ciclnica na regio do vrtice do Nordeste e do

cavado ao sul deste vrtice. Nos painis 4.2 (b) e 4.4 (b), nota-se um centro de

divergncia em 200 hPa, associado zona de convergncia nos baixos nveis.

Analisando os termos da equao da vorticidade no nvel de 850 hPa (Fig. 4.1 e 4.3),

verifica-se que, nos dias 17 e 18 (no apresentado), o resduo na regio da ZCAS deve-

se aos termos de divergncia (painis (g) e (h)). Ao norte da ZCAS e nas latitudes ao sul

de 40o S, verifica-se que h uma maior contribuio da adveco horizontal de

vorticidade relativa. A partir do dia 19 (no apresentado), quando h um

enfraquecimento da ZCAS, os termos de adveco vertical de vorticidade e toro

tendem a dominar nesta regio. O termo de adveco horizontal de vorticidade

planetria (-v), apesar de ter uma ordem de grandeza menor, apresenta valores

mximos e positivos na regio da zona de convergncia. Alm disso, verifica-se que os

termos de divergncia e adveco horizontal apresentam sinais opostos.

Em 200 hPa, Fig. 4.2 e 4.4, observa-se que o termo de adveco horizontal de

vorticidade relativa o que mais contribui para o resduo. Alm disso, verifica-se que

em algumas regies o termo de tendncia local e adveco horizontal de vorticidade

68

relativa tendem a se compensar, assim como as componentes do termo de divergncia.

O termo -v apresenta valores mximos na vizinhana da Alta da Bolvia, sendo que na

regio onde os ventos so de sul, os valores so negativos e na regio onde prevalecem

ventos de norte, os valores so positivos, este padro foi obtido tambm por Virji

(1982), que estimou o balano de vorticidade troposfrica no vero da Amrica do Sul.

Os termos de adveco vertical de vorticidade e toro so relativamente pequenos, no

exercendo muita influncia no balano.

69

Fig. 4.1 - Balano de Vorticidade para o Episdio ZCAS e AB, em 850 hPa. Anlise17/03/97: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t[Hz dia1]; (d) HV

r [Hz dia1]; (e) -.v [Hz dia1]; (f) p [Hz

dia1]; (g) Vr

[Hz dia1]; (h) Vfr


[Hzdia1]; (j) Resduo [Hz dia1]

* Os valores das figuras esto multiplicados por 105.

70

Fig. 4.2 - Balano de Vorticidade para o Episdio ZCAS e AB, em 200 hPa. Anlise -17/03/97: (a) Vorticidade Relativa [dia1]; (b) Divergncia [dia1]; (c) t[Hz dia1]; (d) HV


dia1]; (g) Vr

[Hz dia1]; (h) Vfr




71



dia1]; (g) Vr

[Hz dia1]; (h) Vfr




72



dia1]; (g) Vr

[Hz dia1]; (h) Vfr




73

Os painis 4.5 (a) e 4.6 (a) representam os campos de temperatura em 850 hPa e os

painis 4.5 (g) e 4.6 (g) representam os campos de temperatura em 200 hPa. Em 850

hPa, temperaturas mais elevadas so observadas sobre o continente. No nvel de 200

hPa, verifica-se um ncleo de temperaturas mais elevadas prximo regio onde atua a

ZCAS.

Para a equao da termodinmica (Fig. 4.5 e 4.6), verifica-se que ,no nvel de 850 hPa,

os termos de adveco vertical de temperatura, adveco vertical de geopotencial e o

resduo apresentam basicamente a mesma evoluo e ordem de grandeza na zona de

convergncia associada ZCAS. Atravs do balano termodinmico, os movimentos

ascendentes ocorrem associados s regies de liberao de calor latente, enquanto o

movimento subsidente compensador se distribui pela regio tropical e subtropical

(Gandu, 1993). O resduo, neste caso, apresenta valores positivos, indicando uma fonte

de calor na regio da zona de convergncia e representa o aquecimento diabtico,

devido liberao de calor latente (nas regies convectivas) e ao

aquecimento/resfriamento radiativo. No nvel de 200 hPa, a partir do dia 19 (no

apresentado) observa-se que na regio da Alta da Bolvia (15S, 55W-60W) o resduo

novamente deve-se basicamente aos termos de adveco vertical de temperatura e de

geopotencial. Os termos de tendncia local de temperatura e adveco horizontal de

temperatura na regio tropical apresentam valores pequenos, exceto sobre a Regio

Nordeste do Brasil, onde observa-se tendncia local de temperatura positiva.

74

Fig. 4.5 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 17/03/97: Nvel 850hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d)

pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f) Resduo [K dia-1]. Nvel

200 hPa: (g) Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i) TV r


-1]; (l) Resduo [K dia-1]

75

Fig. 4.6 - Balano de Calor para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 20/03/97: Nvel 850hPa: (a) Temperatura [K]; (b) tT [K dia-1]; (c) TV

r [K dia-1]; (d)

pT [K dia-1]; (e) pcP [K dia-1]; (f) Resduo [K dia-1]. Nvel

200 hPa: (g) Temperatura [K]; (h) tT [K dia-1]; (i) TV r


-1]; (l) Resduo [K dia-1]

76

Em 925 hPa (painis 4.7(a) e 4.8(a)) e 850 hPa (painis 4.7 (b) e 4.8 (b)), observa-se

forte gradiente positivo de umidade especfica em direo regio de atuao da ZCAS,

consequentemente, grandes valores de gua precipitvel so encontrados tambm nesta

regio (Painis 4.7 (c) e 4.8 (c)).

A anlise da equao da conservao de umidade especfica (Fig. 4.7 e 4.8), nos nveis

de 925 e 850 hPa, indica que a tendncia local de umidade especfica e o resduo

apresentam mesma evoluo e ordem de grandeza sobre o continente. Na regio de

convergncia associada a ZCAS, sobre o Oceano Atlntico, verifica-se que o resduo

deve-se, principalmente adveco vertical de umidade.

77

Fig. 4.7 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 17/03/97 : (a)Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [gKg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [gKg-1 dia-1];(e) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g Kg-1

dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV r

[g Kg-1 dia-1]; (j)pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1]

78

Fig. 4.8 - Balano de Umidade para o Episdio ZCAS e AB. Anlise 20/03/97 : (a)Umidade Especfica (925 hPa) [g Kg-1]; (b) Umidade Especfica (850 hPa) [gKg-1]; (c) gua Precipitvel [Kg m-2]; Nvel 925 hPa: (d) tq [gKg-1 dia-1];(e) qV

r [g Kg-1 dia-1]; (f) pq [g Kg-1 dia-1]; (g) Resduo [g Kg-1

dia-1]. Nvel 850 hPa: (h) tq [g Kg-1 dia-1]; (i) qV r

[g Kg-1 dia-1]; (j)pq [g Kg-1 dia-1]; (k) Resduo [g Kg-1 dia-1]

79

4.2 EPISDIO 2: SISTEMAS FRONTAIS E CICLOGNESE E

Os campos de vorticidade (Fig. 4.9 (a) e 4.11 (a)) e divergncia (Fig. 4.9 (b) e 4.11 (b))

indicam valores altos de vorticidade ciclnica e convergncia, respectivamente, na

regio prximo ao litoral do Rio Grande do Sul, onde atua o vrtice ciclnico (925hPa).

Estes valores tambm so encontrados no centro de baixa presso dos sistemas frontais

que atuaram durante o perodo analisado. Em 200 hPa (Fig. 4.10 (a) e 4.12 (a)),

observa-se ncleos de vorticidade anticiclnica sobre o continente e a oeste de uma

crista prximo ao litoral da Regio Sul do Brasil e ncleos de vorticidade ciclnica a

leste do cavado que atua sobre o Uruguai e Rio Grande do Sul, nos dias 29 e 30. Nas

figuras 4.10(b) e 4.12 (b), nota-se tambm ncleos de divergncia associados ao vrtice

ciclnico de baixos nveis.

No nvel de 925 hPa (Fig. 4.9 e 4.11), verifica-se que na regio da ciclognese, h um

ncleo positivo no termo de resduo da equao da vorticidade, devido principalmente

ao termo de divergncia (estiramento) que mximo nesta regio (~27Hz/dia). Nas

demais regies, verifica-se que o

análise dos balanços de vorticidade, calor e umidade no modelo ...

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