Balanços de Vorticidade e Energia aplicados aos Vórtices ... · retirada fugindo do afogamento,...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS

Balanços de Vorticidade e Energia aplicados aos Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis

atuantes no Oceano Atlântico Tropical Sul e adjacências

SAULO BARROS COSTA

São Paulo

2009

II

SAULO BARROS COSTA

Balanços de Vorticidade e Energia aplicados aos Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis

atuantes no Oceano Atlântico Tropical Sul e adjacências

Dissertação apresentada ao Instituto de Astronomia,

Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade

de São Paulo para a obtenção do título de Mestre em

Meteorologia.

Área de Concentração: Meteorologia

Orientador: Prof. Dr. Adilson Wagner Gandu

São Paulo

2009

III

DEDICATÓRIA

À minha querida Anna,

tão somente você sabe das angustias que nos afligiram nessa jornada,

que sofreu junto comigo as incertezas do amanhã voraz e ameaçador,

que adiou a realização da sua carreira profissional em benefício do nosso bem querer,

que chorou comigo a saudade da nossa família,

mas que também,

sorriu nas manhãs frias de São Paulo um abraço caloroso e amável,

que cantou comigo a alegria da chegada da nossa filha,

que acreditou na certeza do nosso sucesso e superação,

que sonhou a vida tão perfeita e cheia de amor e dedicação a qual levamos,

à tão somente você dedico mais essa vitória, nossa vitória, nossa conquista.

IV

AGRADECIMENTOS

Imprescindível é a todo o momento a presença dos meus pais em minha vida.

Obrigado pela formação do meu caráter, pela constante preocupação, pelos exemplos de amor

e união tantas vezes demonstrados, pelos inúmeros e sábios conselhos, por toda a torcida a

favor e por terem feito de mim homem honesto e trabalhador, exatamente imagem e

semelhança de vocês.

Obrigado ao Professor Adilson Gandu pela oportunidade de trabalho, pelas várias

horas de discussão dedicadas a realização da pesquisa, por ter proporcionado condições ideais

de aprendizado, pela liberdade em criar e pela confiança depositada em mim na elaboração

dessa dissertação. Agradeço também aos Professores Ricardo de Camargo e Rosmeri da

Rocha pelas valiosas sugestões durante o exame de qualificação.

Agradeço a todos os colegas de Instituto tanto os da minha turma de mestrado quanto

aos demais alunos/pesquisadores que fizeram parte do meu convívio e que de alguma forma,

sempre beneficamente, contribuíram para a elaboração desse trabalho. Agradeço em especial

ao amigo Jonathan Silva por ter sido um verdadeiro irmão mais velho durante todo o tempo

de minha permanência no IAG e a Dr. Michele Reboita por gentilmente ter cedido o software

utilizado nessa pesquisa.

Agradeço a todos os amigos do CRUSP, local de grande aprendizado sob o ponto de

vista social e humano, agradeço aos inúmeros irmãos que fiz lá durante minha estadia e

também a toda a equipe da COSEAS em especial a senhora Maria de Fátima pelos valorosos

conselhos.

Agradeço a CAPES por amparar mais essa pesquisa.

Agradeço as minhas queridas Anna e Nina, vocês me dão vontade de viver, de querer

sempre mais, de fazer sempre o melhor, de nunca desistir e sempre tentar seguir em frente.

Obrigado pela compreensão, amor e devoção. De vocês recebo força para me levantar todos

os dias e seguir na nossa caminhada, nem sempre ganhando, é verdade, mas num constante

aprendizado e extraindo de tudo sempre o mais belo e o mais sublime. Talvez seja esse o

grande segredo da nossa, se não infinita, imensa felicidade!

V

A Fábula da Andorinha

- Certa vez houve uma inundação numa imensa floresta. O choro das nuvens que

deveriam promover a vida dessa vez anunciou a morte. Os grandes animais bateram em

retirada fugindo do afogamento, deixando até os filhotes para trás. Devastavam tudo o que

estava à frente. Os animais menores seguiam seus rastros. De repente uma pequena andorinha,

toda ensopada, apareceu na contramão procurando a quem salvar.

“As hienas viram a atitude da andorinha e ficaram admiradíssimas. Disseram: ‘Você é

louca! O que poderá fazer com um corpo tão frágil?’ Os abutres bradaram: ‘Utópica! Veja se

enxerga a sua pequenez!’ Por onde a frágil andorinha passava, era ridicularizada. Mas, atenta,

procurava alguém que pudesse resgatar. Suas asas batiam fatigadas, quando viu um filhote de

beija-flor debatendo-se na água, quase se entregando. Ela se atirou na água e com muito

esforço pegou o diminuto pássaro pela asa. E bateu em retirada carregando o filhote no bico.

“Ao retornar, encontrou outras hienas, que não tardaram a declarar: “Maluca! Está

querendo ser heroína!’ Mas não parou; muito fatigada, só descansou após deixar o pequeno

beija-flor em local seguro. Horas depois, encontrou as hienas embaixo de uma sombra.

Fitando-as nos olhos, deu a sua resposta: ‘Só me sinto digna das minhas asas se eu as utilizar

para fazer os outros voarem’.”

VI

RESUMO

Costa, S. B. Balanços de Vorticidade e Energia aplicados aos Vórtices Ciclônicos de Altos

Níveis atuantes no Oceano Atlântico Tropical Sul e adjacências. 2009. 100 f. Dissertação

(Mestrado) – Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de

São Paulo, São Paulo, 2009.

Os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN) constituem-se em sistemas sinóticos de

indiscutível relevância tendo em vista a sua possível capacidade em alterar drasticamente as

condições atmosféricas de uma localidade em um pequeno intervalo de tempo. Apesar das

inúmeras características já conhecidas desse sistema, os mecanismos que atuam ao longo do

seu ciclo de vida responsáveis, por exemplo, pela sua manutenção e dissipação ainda não são

amplamente conhecidos. Fazendo uso de um algoritmo que rastreia o movimento ciclônico

utilizando como parâmetro fundamental a direção do vento horizontal e a vorticidade relativa,

um total de 57 vórtices, para os verões de 2003 à 2008, foram rastreados e a eles aplicados os

balanços de vorticidade e energia. Os dados utilizados nesse trabalho foram as análises de

rodada final do modelo global do National Centers for Environmental Prediction Final Run

(NCEP/FNL) com resolução espacial de um grau, em horários sinóticos e verticalmente

distribuídos em 26 níveis. O algoritmo de rastreamento dos vórtices foi considerado

promissor tendo perseguido os sistemas com um índice considerado satisfatório. Alguns

resultados do balanço das equações sugerem que os vórtices começam seu processo de

dissipação a partir do seu centro e que verticalmente se expandem nas fases iniciais e se

comprimem nas fases de dissipação, além de apresentarem tendência à se conectarem a

escoamentos de latitudes médias, o que providencia a entrada de ar frio para o seu núcleo

mantendo o gradiente térmico entre periferia e centro.

Palavras-chave: VCAN, rastreamento, balanço de vorticidade e energia.

VII

ABSTRACT

Costa, S. B. Vorticity and Energy budget applied on Upper Levels Cyclonic Vortex in

South Tropical Atlantic Ocean and neighborhood. 2009. 100 f. Thesis (Master) – Instituto

de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo,

2009.

High Level Cyclonic Vortices (HLCV) are relevant synoptic systems due to their potential to

dramatically modify the atmospheric conditions in a region on a short period of time. In spite

of many well known characteristics of these systems, the mechanisms that control their life

cycle and are responsible, for example, for maintaining and dissipating these systems are not

completely understood. Using a tracking algorithm that tracks cyclonic movements based on

the horizontal direction of the wind and relative vorticity, about 57 vortices were tracked in

the summers 2003-2008, for which we computed vorticity and energy balances. The dataset

used in this study are the final analyses of the National Centers for Environmental Prediction

Final Run (NCEP/FNL) with spatial resolution of one degree, in synoptic hours, with 26

vertical levels. The algorithm can be considered very promising as it satisfactorily tracked

several systems during the period. The resulting balances suggest that the vortices begin

dissipating from its center and that they expand vertically in the initial phase and contract in

the dissipating phase. In addition, they tend to connect to the midlatitude flow causing the

cold air to enter into the center of the vortices, maintaining the thermal gradient between the

center and the outer boundaries.

Key-words: HLCV, tracking, vorticity and energy budget.

VIII

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1. Campos meteorológicos característicos da presença de um VCAN. (a) Linha de

corrente e vorticidade relativa (x10-5 s-1) e (b) anomalia de temperatura na grade

para o nível de 300hPa, ambas para 20070206 às 12UTC e (c) fragmento de

imagem de satélite no canal infravermelho para o mesmo dia às 18UTC. Fonte

da imagem de satélite: CPTEC/INPE....................................................................2

Figura 2. (a) Imagem do satélite GOES 10 com exemplo de nebulosidade associada a um

VCAN do tipo Palmén na costa sudoeste da America do Sul para 20070308 às

18UTC e (b) fragmento de imagem do satélite GOES e METEOSAT com

exemplo de nebulosidade de um VCAN do tipo Palmer na costa do NEB para

20070206 às 18UTC, ambas no canal infravermelho. Fonte: CPTEC/INPE........6

Figura 3. Exemplo do escoamento do vento horizontal em torno de um VCAN e de um CAS

descrito por Coutinho. Fonte: Coutinho (2008)...................................................17

Figura 4. (a) Direção do vento em torno do centro de um vórtice ideal e (b) variação máxima

da direção do vento em cada ponto ao redor do centro analisado para que esse

ponto obedeça a condição de núcleo do sistema..................................................24

Figura 5. (a) Exemplo de um ponto de grade que obedece a condição de centro do VCAN

(vetores multiplicados por dez) e (b) exemplo de região onde foi feita a

verificação em busca do segundo núcleo.............................................................25

Figura 6. (a) Grade original dos dados (grade externa) e região do rastreamento (grade

interna) e (b) exemplo de área recortada após identificação do núcleo do vórtice

em 200hPa............................................................................................................27

Figura 7. (a) mostra a trajetória do vórtice 2005012612 (instante da primeira posição); em (b)

é observada a variação da vorticidade relativa (azul), planetária (verde) e

absoluta (vermelho) média nos nove pontos de grade na região central do

VCAN; em (c) e (d) estão as distribuições temporais médias dos termos das

IX

equações da Vorticidade (esquerda) e da Termodinâmica (direita) para a região

do centro do VCAN.............................................................................................30

Figura 8. (a) Exemplo de VCAN robusto e (b) exemplo de cavado intenso. Os pontos

vermelhos são pontos interpretados como centro do sistema pelo algoritmo......36

Figura 9. Fragmento de imagem do satélite GOES com ênfase sobre os VCAN. As imagens

superiores no canal infravermelho e as inferiores no canal vapor d’água. Fonte:

CPTEC/INPE.......................................................................................................37

Figura 10. Trajetória dos VCAN reavaliados, o circulo aberto representa a posição inicial do

VCAN..................................................................................................................38

Figura 11. Anomalia de vorticidade ciclônica no centro do VCAN (x10-4 s-1). (a) nível de

máxima intensidade do vórtice, (b) ênfase em exemplo de possível evento de

intrusão de vorticidade no primeiro instante do VCAN e (c) ênfase na maior

extensão vertical alcançada por um VCAN na fase intermediária.......................40

Figura 12. Valor médio dos termos da equação da vorticidade (s-2) (a) para um VCAN curto e

sem nebulosidade em 20050210 às 06UTC e (b) para um VCAN duradouro e

com nebulosidade em 20031214 às 18UTC........................................................41

Figura 13. Variação dos valores absolutos no centro do VCAN para o termo da derivada

material da vorticidade absoluta (termo 1) e para o termo da divergência (termo

2). R é o valor da integral da diferença entre eles. (a) caso com domínio do termo

2 na fase inicial; (b) caso com domínio do termo 2 na fase intermediária e (c)

caso com domínio quase total do termo 1............................................................42

Figura 14. Exemplo de linhas de corrente e divergência do vento horizontal (x10-5 s-1) para (a)

a fase inicial e (b) para a fase intermediária de um VCAN.................................43

Figura 15. Distribuição espacial do termo de variação total da vorticidade absoluta (x 10 -9 s-2)

e linhas de corrente. Ênfase para o centro do vórtice...........................................44

X

Figura 16. Valores médios dos termos da equação da vorticidade para a região central dos

VCAN (x10-10 s-2). (a) Primeiro instante de formação do vórtice; (b) fase

intermediária e (c) fase final. As legendas 1, 2, 3 e R referem-se respectivamente

ao termo da derivada material da vorticidade absoluta, termo da divergência,

termo de torção e resíduo.....................................................................................46

Figura 17. (a) Comportamento de omega [Pa.s-1] durante o tempo de atuação do VCAN,

média dos valores para a região central e para a toda extensão vertical do vórtice;

(b) Variação dos termos do balanço da Eq. (2) [K.s-1] em que Termo 1 refere-se

a derivada material da temperatura, 2 equivale ao termo adiabático e 3 o

diabático; (c) Variação do Termo 1 [x10-5 K.s-1] e os valores das integrais da

diferença entre esse termo e a linha zero para cada uma das três fases

representativas do ciclo de vida dos VCAN. Os horários na parte inferior das

figuras indicam o instante da primeira observação..............................................47

Figura 18. Variação temporal do termo adiabático, média para a região central do VCAN

[x10-5 K.s-1], e valores da integral da diferença entre o segundo termo e a linha

zero para cada um dos estágios de desenvolvimento. (a) Exemplo de domínio

negativo em todos os estágios com picos de valores positivos e (b) exemplo de

domínio completo dos valores negativos. Os horários na parte inferior das

figuras indicam o instante da primeira observação..............................................48

Figura 19. Anomalias de altura geopotencial (preenchido) e temperatura (isotermas). (a)

Exemplo de VCAN na fase inicial com entrada de ar frio pelo lado sul e sudeste;

(b) Invasão de ar quente pelo lado sudoeste do VCAN cessando o fornecimento

de ar frio pelo sul do vórtice; (c) VCAN isolado cercado por valores positivos de

anomalia de geopotencial e com ar frio aprisionado e (c) exemplo de VCAN

recebendo ar frio pelo seu lado norte e nordeste..................................................49

Figura 20. (a) e (b) distribuição horizontal da derivada material da temperatura [K.s-1] e (c)

distribuição horizontal do termo adiabático [K.s-1]. Todas em 200hPa

multiplicadas por um fator de 10-5 e com isoípsas de geopotencial [m]..............51

XI

Figura 21. Variação vertical dos termos da Eq. 2 [x10-5] em que 1, 2 e J/cp referem-se

respectivamente aos termos da derivada material da temperatura, termo

adiabático e termo diabático. (a) Destaque para a intensificação negativa em

níveis estratosféricos; (b) vórtice que se formou sobre o continente em período

diurno e (c) vórtice que se formou sobre o continente em período noturno........52

Figura 22. Variação vertical dos termos da Eq. 2 [x10-5] em que 1, 2 e J/cp referem-se

respectivamente aos termos da derivada material da temperatura, termo

adiabático e termo diabático. (a) destaque para a tendência entre os termos 1 e 2

em apresentarem sinais contrários em toda camada vertical e (b) destaque para os

valores mais expressivos do termo 2 no nível de atuação do VCAN (200-

500hPa)................................................................................................................52

Figura 23. Exemplo de deslocamento anti-horário dos VCAN. O circulo maior e aberto

representa a primeira posição do sistema, cada posição foi registrada nos

respectivos horários sinóticos..............................................................................54

Figura 24. Fragmentos de imagens de satélite GOES e Meteosat (a) no canal vapor d’água

com ênfase nos demais sistemas interagindo com o VCAN e (b) no canal

infravermelho demonstrando ausência de nebulosidade associada ao VCAN.

Fonte: CPTEC/INPE............................................................................................56

Figura 25 - Fragmentos de imagens dos satélites GOES e Meteosat. O mosaico superior

contém imagens no canal vapor d’água e evidência a presença de um VCAN na

costa sudeste do NEB. A seqüência de imagens inferior mostra figuras nos canal

infravermelho enfatizando um VCAN interagindo com um sistema frontal nas

proximidades da costa da região sudeste do Brasil. Fonte: CPTEC/INPE.........57

XII

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Síntese das conclusões das análises dos termos individuais conforme Mendonça

(2000), descritos em ordem seqüencial para o balanço de vorticidade, calor e

umidade................................................................................................................21

Tabela 2 – Relações numéricas utilizadas na obtenção dos termos da Equação da Vorticidade

(A) e da Equação da Termodinâmica (B). η=ζ+f.................................................29

Tabela 3a – Resultado do rastreamento do algoritmo para o verão de 2003/2004...................31

Tabela 3b – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2004/2005)....................32

Tabela 3c – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2005/2006).....................32

Tabela 3d – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2006/2007)....................33

Tabela 3e – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2007/2008).....................34

Tabela 4 – Síntese dos resultados para os vórtices validados...................................................39

Tabela 5 – Efeitos da divergência na produção de vorticidade.................................................45

Tabela 6 – Tabela com as posições (latitude e longitude), vorticidade relativa, vorticidade

planetária e vorticidade absoluta para cada um dos centros dos VCAN rastreados. A primeira

linha de cada vórtice mostra o instante da sua primeira posição e o tempo de duração do

referido VCAN.........................................................................................................................68

Tabela 7 – Tabela com as posições (latitude e longitude), vorticidade relativa, vorticidade

planetária e vorticidade absoluta para cada um dos centros dos VCAN rastreados. A primeira

linha de cada vórtice mostra o instante da sua primeira posição e o tempo de duração do

referido VCAN..........................................................................................................................84

XIII

LISTA DE ABREVIAÇÕES

AB – Alta da Bolívia

AN – America do Norte

AS – America do Sul

CAS – Cavado do Atlântico Sul

CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos

ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather Forecasts

FNL – Final Run

GFS – Global Forecast System

HN – Hemisfério Norte

HS – Hemisfério Sul

INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

NEB – Nordeste do Brasil

NCAR – National Center for Atmospheric Research

NCEP –National Centers for Environmental Prediction

OATS – Oceano Atlântico Tropical Sul

POT – Pacífico Oeste Tropical

UTC – Universal Time Coordinated

VCAN – Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis

ZCAS – Zona de Convergência do Atlântico Sul

ZCIT – Zona de Convergência Intertropical

XIV

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5

2.1 GÊNESIS 5

2.2 ENERGÉTICA, MANUTENÇÃO E DISSIPAÇÃO 10

2.3 ESTRUTURA VERTICAL, NEBULOSIDADE E DESLOCAMENTO 11

2.4 RASTREAMENTO 14

2.5 BALANÇO DE VORTICIDADE E ENERGIA 18

3 MATERIAIS E MÉTODOS 22

3.1 DADOS 22

3.2 METODOLOGIA 23

3.2.1 RASTREAMENTO 23

3.2.2 EQUAÇÕES 26

4 RESULTADOS 31

4.1 RASTREAMENTO 31

4.2 BALANÇO DE VORTICIDADE 40

4.2.1 ANÁLISE TEMPORAL 40

4.2.2 ANÁLISE ESPACIAL 43

4.2.3 ANÁLISE VERTICAL 45

4.3 BALANÇO DE ENERGIA 46

4.3.1 ANÁLISE TEMPORAL 46

4.3.2 ANÁLISE ESPACIAL 48

4.3.3 ANÁLISE VERTICAL 51

XV

4.4 TRAJETÓRIA 53

4.5 NEBULOSIDADE 54

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 57

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 62

APÊNDICE A 67

APÊNDICE B 83

1

1 Introdução

Fora da região tropical a fonte primária de energia para os distúrbios em escala

sinótica é a energia potencial disponível zonal associada ao gradiente latitudinal de

temperatura (Holton, 2004). Essa fonte primordial de energia subsidia a criação de teorias,

como por exemplo a teoria quase-geostrófica, que podem ser usadas para fornecer um

entendimento global da dinâmica extratropical de grande escala. Por outro lado, na região

tropical a fonte primária de energia é a liberação de calor latente.

O aquecimento diabático associado à precipitação tropical, ou ainda, a interação entre

convecção de cumulus e as circulações de mesoescala e de grande escala tornam a circulação

tropical mais complexa e de fundamental importância para uma acurada previsão de tempo.

Dessa forma, a região tropical ainda representa um desafio no que se refere a excelência em

previsão de tempo e cada vez mais é o foco principal de estudos das mais diversas áreas do

conhecimento.

Um dos principais sistemas que influenciam diretamente o tempo na região tropical,

especialmente o Nordeste do Brasil (NEB) e também em partes da região Sul e Sudeste do

Brasil, são os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCAN). Eles podem ser definidos como

sistemas com núcleo de baixa pressão em escala sinótica, formados inicialmente na alta

troposfera podendo se estender à níveis inferiores e cuja circulação ciclônica fechada possui o

centro mais frio que sua periferia (Gan, 1982).

A Figura 1 ilustra um exemplo de VCAN para o verão de 2006/2007. Ela mostra a

circulação ciclônica fechada com intensos valores de vorticidade relativa no seu centro em

200hPa (Figura 1a). A Figura 1b mostra a diferença entre a temperatura média na área da

grade e os valores pontuais no nível de 300hPa evidenciando o centro frio do sistema,

2

enquanto que a Figura 1c mostra bandas de nebulosidades nas proximidades do NEB

associadas a presença dos VCAN.

(a)

(b)

(c)

Figura 1. Campos meteorológicos característicos da presença de um VCAN. (a) Linha de corrente e vorticidade relativa (x10-5 s-1) e (b) anomalia de temperatura na grade para o nível de 300hPa, ambas para 200702061 às 12UTC e (c) fragmento de imagem do satélite GOES no canal infravermelho para o mesmo dia às 18UTC. Fonte da imagem de satélite: CPTEC/INPE.

Amplamente estudados os VCAN são classicamente conhecidos como sistemas

ambíguos no tocante a geração de fenômenos adversos. Se por um lado são capazes de

produzir grandes totais pluviométricos devido a atuação da convecção gerada ao longo de sua

periferia, por outro, podem inibir drasticamente a formação de nuvens devido o movimento

descendente de ar frio e seco no seu centro.

Esse potencial em influenciar fortemente o regime pluviométrico de uma localidade

em um curto espaço de tempo faz com que ele seja classificado como um sistema

extremamente importante independente da região em que atue. Com relação a presença desse

sistema próximo à costa do NEB e Oceano Atlântico adjacente, que ocorre com maior

freqüência nos meses de verão, sua importância é fortemente reconhecida e diversos autores,

tais como Aragão (1975), Kousky e Gan (1981), Ramirez (1996), Paixão (1999), Mishra e

1 As referências temporais nesse trabalho serão citadas no formato AAAAMMDDHH, em que, AAAA refere-se ao ano em questão com quatro algarismos; MM o mês com dois algarismos; DD o dia com dois algarismos e HH a hora com também dois algarismos. Eventualmente os dígitos referentes à hora podem ser omitidos.

3

Rao (2001), Silva (2005), Mishra, Rao e Franchito (2007), Coutinho (2008), entre outros, se

dedicaram a esclarecer suas características de maneira geral.

Assim sendo, muito se conhece sobre as peculiaridades desse sistema, podendo ser

destacado: ocorre com maior freqüência no verão (Coutinho, 2008), influencia

primordialmente o NEB e a costa da região Sudeste do Brasil e também Oceano Atlântico

Tropical Sul (OATS) (Kousky e Gan, 1981 e Silva, 2005), tendência a se deslocar em

movimento circular no sentido anti-horário (Gan, 1982), formação predominante na alta

troposfera (200-300hPa), inclinação do seu eixo de acordo com o seu estágio de

desenvolvimento (Paixão, 1999), tempo de vida médio de 7,1 dias (Ramirez, 1996),

mecanismos de formação distintos que permitem classificá-los em quatro tipos diferentes

(Paixão, 1999) e ainda uma distância média preferencial (cerca de 2000 km), com relação ao

seu centro, para a ocorrência de precipitação devido a localização da nebulosidade da sua

periferia (Silva, 2005).

Apesar dos esforços na descrição e interpretação desse sistema, ainda não foram

encontrados mecanismos, principalmente do ponto de vista dinâmico e termodinâmico,

responsáveis pela manutenção desses vórtices que sejam amplamente aceitos (Rao e Bonatti,

1987). Alguns aspectos são discutidos quanto ao papel da Alta da Bolívia (AB) e a

amplificação da sua crista à leste na formação dos VCAN (Kousky e Gan, 1981) e também a

atuação da instabilidade barotrópica de cisalhamento (Mishra, Rao e Franchito, 2007).

Discutindo a importância do balanço de vorticidade na análise diagnóstica de

parâmetros meteorológicos que governam um determinado fenômeno, Silva Dias (1987)

ressaltou que esta análise consiste basicamente no cálculo dos diversos termos da equação em

questão, identificando individualmente a variação espaço-temporal dos termos e interpretando

os possíveis resíduos da equação em função dos fenômenos não mensuráveis numa primeira

análise. O balanço das equações que regem um fenômeno constitui-se numa poderosa

4

ferramenta diagnostica e incontáveis são os autores que a utilizam na caracterização dos

sistemas atmosféricos.

Assim, o objetivo geral do trabalho é estudar a estrutura tridimensional dos VCAN e

proceder ao balanço de vorticidade e energia aplicados ao ciclo de vida do sistema a fim de

contribuir para o esclarecimento dos mecanismos responsáveis pela sua formação,

manutenção e dissipação. Especificamente pretende-se:

1) utilizar a equação da vorticidade para esclarecer a aparente conservação da vorticidade

absoluta no centro do sistema, quais termos predominam em seu balanço e sob que condições

ocorrem esse predomínio bem como estudar o ambiente de convecção organizada.

2) utilizar a equação da termodinâmica para estudar os processos de resfriamento do

núcleo e aquecimento de sua periferia.

3) reafirmar sua estrutura tridimensional (profundidade, movimento vertical e

deslocamento).

4) reafirmar as regiões preferenciais para a formação de nebulosidade e o tipo de

nebulosidade característico desse sistema.

Pretende-se com esse trabalho contribuir para a elucidação das características

pertinentes à dinâmica da evolução do sistema interpretando o resíduo das equações em

função dos processos físicos associados.

5

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Gênesis

Os VCAN se originam da deformação de uma onda nos altos níveis que cresce em

amplitude até que o ar frio na parte sul do cavado, nesse caso para o Hemisfério Norte (HN),

torna-se separado do ar frio na parte norte (Palmén, 1949), sendo por isso também chamados

de baixa desprendida. A forte concentração do escoamento de oeste, um importante fator para

o desprendimento desses sistemas, foi primordialmente observada por Palmén em meados da

década de 40 não somente sobre o continente Norte Americano, mas também sobre os

Oceanos Pacífico e Atlântico e sobre o Oeste da Europa, especialmente nas estações frias.

Na descrição dos ciclones de altos níveis de latitudes médias na América do Norte

(AN), foi dada grande ênfase aos processos em que uma circulação pode se estabelecer numa

piscina de ar frio, a qual depois da passagem por altas latitudes rumo a direção sul desprende-

se pelo processo de subsidência diferencial (Palmén, 1949). Por apresentar a forma de uma

massa de ar chamada “polar” em sua parte alta, que se move das altas para as baixas latitudes,

Palmén as designou de baixas frias “de origem polar”.

Palmer (1951), estudando as tempestades conhecidas como “Kona” sobre as ilhas do

Havaí, percebeu que a nebulosidade e a precipitação sobre as ilhas poderiam estar associadas

às baixas frias em altitude. Na realidade, essas tempestades seriam o último estágio de

desenvolvimento de uma circulação ciclônica que era primeiramente detectada nos mapas

acima de 500hPa e que se estendia vagarosamente para baixo, num período de muitos dias, até

eventualmente ser detectada nas cartas de superfície.

Essas circulações eram semelhantes àquelas descritas por Palmén, no entanto se

originavam em latitudes baixas, podiam permanecer estacionárias na região tropical por

6

longos períodos e ao se deslocarem para latitudes mais altas cresciam em intensidade, além

disso, o ar frio de origem polar não fazia parte do seu processo de formação. Devido a essas

novas características foram chamadas de baixas frias “de origem tropical” (Palmer, 1951).

(a) (b) Figura 2. (a) Imagem do satélite GOES 10 com exemplo de nebulosidade associada a um VCAN do tipo Palmén na costa sudoeste da America do Sul para 20070308 às 18UTC e (b) fragmento de imagem do satélite GOES e METEOSAT com exemplo de nebulosidade de um VCAN do tipo Palmer na costa do NEB para 20070206 às 18UTC, ambas no canal infravermelho. Fonte: CPTEC/INPE.

Alguns anos mais tarde, num estudo que detalhava a energética envolvida nesses

sistemas, Frank (1970) chamou de vórtices do tipo Palmén as baixas frias de alta troposfera

de origem polar e vórtices do tipo Palmer as baixas frias de alta troposfera de origem tropical,

nomenclatura essa amplamente usada até os dias de hoje (Figura 2). Assim, o desprendimento

da parte subtropical de um cavado que avançava em direção a latitudes baixas era o

mecanismo de formação dos vórtices do tipo Palmén. No entanto, os mecanismos

responsáveis pela formação dos vórtices do tipo Palmer ainda não eram claramente

conhecidos.

Dean (1971), num estudo sobre a estrutura tridimensional dos ventos sobre a América

do Sul (AS), utilizando cartas médias mensais de vento, constatou a presença de uma baixa

fria em altitude sobre a região do NEB. De acordo com ele, o surgimento dessa circulação

7

estaria relacionado ao enfraquecimento dos ventos de leste da alta troposfera sobre o Atlântico

Tropical e o conseqüente fortalecimento dos ventos de oeste provenientes do HN.

Segundo Aragão (1975), a medida que esses ventos de oeste se intensificavam a

depressão ciclônica média reaparecia. Nos meses subseqüentes, o aquecimento continental

intensificava a AB que provocava o deslocamento da depressão média para nordeste. Em seu

trabalho, Dean identificou essa baixa fria em altitude como sendo o sistema de grande escala

responsável pelas precipitações no NEB nos meses de verão e outono do Hemisfério Sul (HS)

(Aragão, 1975).

Utilizando dados de ventos extraídos de nuvens através de imagens de satélite

geoestacionário no verão, Virji (1981) encontrou um padrão de circulação igual aos dos dados

de ventos convencionais só que mais intenso, ressaltando que a característica principal em

altos níveis foi um sistema quase estacionário anticiclone-cavado que se estendia sobre a

maior parte da AS com a localização do cavado sobre a costa do NEB.

Diante de tantas evidências sobre essa circulação foram publicados os primeiros

trabalhos detalhados tendo como foco principal os VCAN. Kousky e Gan (1981) e Gan

(1982) utilizando um conjunto de oito anos de imagens de satélite estudaram a formação, o

deslocamento, a manutenção e a climatologia das baixas frias úmidas que penetravam o Brasil

oriundas do Oceano Atlântico. Entre outras conclusões, Kousky e Gan sugeriram um

mecanismo de formação para os VCAN que atuavam nessa região: ao notarem a presença de

um sistema frontal ao sul do VCAN e a forte atuação da AB sobre o continente, sugeriram

que o sistema frontal ao adentrar as baixas latitudes advectava ar quente à leste, o que

acarretava a amplificação da crista em altos níveis que por sua vez intensificava a circulação

do cavado também à leste, formando-se assim os VCAN (Gan, 1982).

Gan (1982) enfatizou que nem todos os VCAN apresentavam esse mecanismo de

formação. Ramirez (1996) usando um período de dados maior (de 1980 à 1989 para as

8

estações de primavera, verão e outono) detectou 173 vórtices, dos quais, a maioria se

originava pelo mecanismo proposto por Kousky e Gan (1981); o restante nascia da interação

de um cavado no Pacífico Norte com um cavado no Atlântico Norte que se alinhavam com a

AB e originavam o VCAN.

Paixão (1999) utilizando dados de re-análise para o verão de 1995/1996, identificou

outros três tipos de mecanismo de formação dos VCAN que atuam sobre o OATS além do

modelo conceitual proposto por Kousky e Gan (1981), sugerindo a seguinte nomenclatura:

Formação Clássica: resulta do modelo proposto por Kousy e Gan (1981) descrito acima.

Formação Alta: resulta da intensificação de uma Zona de Convergência do Atlântico Sul

(ZCAS) que força o surgimento de um anticiclone em altos níveis, este último induz o

aparecimento de um VCAN à norte/noroeste de sua posição.

Formação Africana I: surge do fortalecimento da convecção sobre a África, que faz aparecer

um par de anticiclones em altos níveis sobre a parte centro-sul desse continente. Esses

anticiclones forçam o aparecimento de um VCAN na costa oeste africana.

Formação Africana II : deve-se ao desacoplamento de um cavado vindo da região sudoeste

do Saara, que ao se desprender do seu escoamento de origem ganha força e movimento para

oeste, podendo influenciar o extremo leste do NEB. Paixão (1999) frisou ainda que em alguns

casos mais de um desses modelos de formação estavam presentes, sendo os vórtices nessa

situação classificados como mistos.

Rao e Bonatti (1987), na tentativa de encontrar os mecanismos que acreditavam ser

importantes na geração dos vórtices de alta troposfera, investigaram a ocorrência de

instabilidade relacionada a esses sistemas. Devido a posição tropical dos VCAN a

instabilidade baroclínica foi descartada. Eles calcularam os termos de troca da energia

barotrópica baseados em observações que indicavam em média a conversão de energia

cinética zonal em energia cinética turbulenta. Examinando a instabilidade barotrópica dos

9

ventos zonais, entretanto, eles encontraram uma fraca razão de crescimento o que sugeria a

importância de outros processos na formação, como por exemplo, a liberação de calor de

condensação, as intensas variações da AB e o acoplamento com o escoamento do HN.

Estudando a estrutura e evolução do escoamento horizontal de grande escala e um

VCAN sobre o NEB como sistemas separados e investigando também a interação dinâmica

entre eles, Mishra, Rao e Gan (2001) constataram que uma forte zona de cisalhamento

horizontal positivo se desenvolveu na região do cavado do Atlântico antes da formação do

vórtice, o que satisfez fortemente a condição necessária para a instabilidade barotrópica.

Segundo eles, essa zona estava associada à intensificação da AB com sua crista se estendendo

na direção leste, a intensificação do Cavado do Atlântico Sul (CAS) com uma orientação

leste-oeste e a presença de um cavado transiente sobre o Oceano Atlântico equatorial.

Posteriormente, fazendo uso da equação primitiva da instabilidade barotrópica,

Mishra, Rao e Franchito (2007) analisaram os períodos antes e depois da formação do vórtice

e reafirmaram que a instabilidade barotrópica da zona de cisalhamento pode excitar o VCAN

observado na vizinhança do NEB. A partir dos resultados obtidos nesse estudo e em outros

trabalhos (Mishra e Rao, 2001 e Mishra, Rao e Gan, 2001) eles encontraram um possível

cenário para a formação dos vórtices ciclônicos: num curto espaço de tempo de dois a três

dias, antes da formação do vórtice, uma forte zona de cisalhamento latitudinal se desenvolve

na região da alta troposfera entre a AB e o CAS. O desenvolvimento dessa zona de

cisalhamento pode ser atribuído à intensificação, ao movimento relativo favorável e a

orientação da AB e sua crista associada ao CAS. Finalmente concluindo que a instabilidade

barotrópica da zona de cisalhamento pode engatilhar a formação do vórtice.

10

2.2 Energética, Manutenção e Dissipação

Simpson (1952), estudando a evolução e o desenvolvimento das tempestades “Kona”

que se formaram de fevereiro a março de 1951 sobre o leste do Pacífico, apontou a associação

da evolução do sistema com o isolamento de um vórtice ciclônico de ar frio superior.

Utilizando a derivação Lagrangeana na obtenção de variáveis convencionais, Carlson

(1967) construiu campos compostos que mostraram a estrutura de uma baixa fria em

diferentes níveis da troposfera. Carlson inferiu que o enfraquecimento do sistema é devido a

uma fonte insuficiente de energia cinética, enquanto a intensificação pode ser promovida pela

conversão direta de energia potencial em energia cinética através da liberação de calor latente

ao longo da periferia. Por outro lado, um aumento na intensidade da convecção,

possivelmente ocorrendo próximo ao centro do vórtice, conduziria a formação de um núcleo

quente o que acarretaria na destruição da baixa fria.

Dando ênfase ao aspecto termodinâmico das baixas frias localizadas sobre o Atlântico

Equatorial, especificamente sobre o Caribe e as Ilhas Bahamas, Frank (1966 e 1970) concluiu

que esses vórtices possuem uma circulação térmica direta, onde movimentos descendentes de

ar frio ocorrem no centro do sistema e movimentos ascendentes de ar quente ocorrem ao

longo de sua periferia.

Kelley e Mock (1982) num estudo sobre as baixas frias que se formam no oeste do

Pacífico Norte, reafirmaram o padrão de circulação direta (conversão de energia potencial em

cinética) devido à preponderância de subsidência de ar frio e ascensão de ar quente.

Sobre os vórtices que se formam no OATS, Kousky e Gan (1981) e Gan (1982)

relacionaram a conversão de energia potencial em cinética com a manutenção do gradiente

térmico horizontal devido às perdas radiativas no centro do sistema e a liberação de calor

11

latente pela formação dos cumulonimbus em sua periferia. Ressaltaram ainda que a provável

causa de sua dissipação sobre o continente é o aquecimento da superfície (calor sensível) e a

formação dos cumulus nas proximidades do seu centro (calor latente).

O balanço das componentes zonal e turbulenta da energia cinética e energia potencial

disponível numa área limitada e na presença de um VCAN sobre o NEB foram calculados no

estudo de Mishra e Rao (2001). Nesse estudo, foi ressaltada a importância da instabilidade

barotrópica e da convecção de cumulus na formação e também manutenção dos sistemas.

Ambas as conversões barotrópica e de energia potencial disponível turbulenta em energia

cinética turbulenta foram apontadas como responsáveis pela manutenção dos vórtices, com o

domínio da primeira sobre a segunda.

2.3 Estrutura Vertical, Nebulosidade e Deslocamento

Como sugerido por Frank (1966 e 1970) a distribuição de nebulosidade e movimento

vertical associado à baixa fria não difere dos encontrados nas vizinhanças dos sistemas de alta

latitude, como os cavados nos ventos de oeste e os ciclones. No caso de Carlson (1967) o

padrão de nuvens se estendeu numa grande área a leste do cavado superior. No lado frontal do

sistema, em altas latitudes, a cobertura de nuvens consistia primariamente em altocumulos e

cirrus, enquanto uma importante convecção foi confinada numa região pequena à sudeste do

centro do vórtice.

Carlson inferiu ainda que a camada de nuvens ilustrava um transporte turbulento

meridional de umidade através do sistema. O vapor d’água era transportado pela convergência

dos ventos de leste nos baixos níveis e redistribuído para a atmosfera nos médios e altos

12

níveis, o restante da umidade era precipitado sob forma de chuva. Essa ascensão de umidade,

em combinação com o padrão ascendente de grande escala existente, resultava na formação

de uma extensiva camada de nuvens médias a altas.

Nos estudos de Kelley e Mock (1982), o campo de movimento vertical não foi

simétrico em torno do centro da baixa, mas mostrou um padrão do movimento ascendente à

leste e ao sul e movimento descendente à oeste e ao norte; não evidenciando assim um padrão

circular de nuvens.

Através das análises de 114 VCAN no Atlântico Tropical norte, Frank (1970) concluiu

que a grande maioria das baixas frias estão confinadas à alta troposfera com apenas 10%

atingindo a superfície, o tempo associado a elas está diretamente relacionado à sua extensão

vertical, quanto mais extensa maior a concentração de nebulosidade. Devido ao seu

confinamento na alta troposfera os vórtices secos são mais comuns, a nebulosidade em torno

do ciclone é assimétrica e a região central é quase sempre marcada por céu limpo ou por

nuvens esparsas.

Já para a região do OATS, Kousky e Gan (1981) propuseram que os VCAN

apresentam concentração maior da sua atividade convectiva na região da direção do

movimento. Quando esses sistemas adentravam o NEB tornavam o céu claro na parte sul e

central dessa região e propiciavam a formação de nebulosidade na parte norte. Segundo

Carlson (1967) o centro da circulação fechada inclinava-se na vertical na direção do ar mais

frio. Já Ramírez (1996) observou que em geral os VCAN se inclinavam para oeste com a

altura e possuíam um núcleo frio em 300hPa no setor leste ou sudeste do centro do vórtice.

Paixão (1999) constatou que há uma variação na inclinação do eixo do VCAN de

acordo com o estágio de desenvolvimento. Nos estágios iniciais o sistema apresenta uma

inclinação de oeste para leste com a altura, mudando no decorrer do período até estabelecer

13

um padrão sem inclinação ou uma inclinação de leste para oeste com a altura nas fases finais

do vórtice.

Através da identificação da região de atuação dos VCAN utilizando a distribuição

espacial da ocorrência de vorticidade ciclônica sobre o NEB e oceano adjacente, Silva (2005)

afirmou que a região em estudo era influenciada pelas atividades convectivas e de subsidência

associada aos VCAN e aos CAS. Silva realizou também um estudo estatístico sobre a

influência do centro do VCAN ou presença dos CAN na inibição de chuva em três áreas alvos

sobre o NEB, o qual mostrou que o período seco e chuvoso está associado com o

posicionamento do VCAN. A distância da borda do sistema em relação a uma área alvo

também foi avaliada, constatando que a partir do centro da baixa numa região de raio de

atuação entre 1000 e 2000km constatou-se aumento na freqüência de chuvas com intensidade

de moderadas a fortes.

Palmer (1951) sugeriu que os ciclones tropicais de altos níveis permaneciam

estacionários por longos períodos. As ondas de altos níveis nos ventos de oeste apresentavam

uma pequena amplitude, isso significava que durante muito tempo não havia um grande

influxo de ar relativamente frio das altas latitudes do cinturão do máximo escoamento de

oeste. Assim que um ar mais frio se aproximava, indicado por uma rápida extensão do cavado

relacionada ao movimento de onda na direção sul e sudeste nos níveis apropriados, o ciclone

começava a se mover.

Chen e Chou (1994) analisando 60 casos de baixas frias que se formavam no oeste do

Pacífico Norte nos meses quentes, encontraram que elas geralmente se movem na direção

oeste com uma velocidade média de 4,1m.s-1 apresentando um tempo de vida médio de 6,3

dias. Uma característica interessante relatada nesse estudo, foi a presença de uma corrente de

jato à noroeste e/ou à sul dos vórtices, presente em 87% dos casos analisados. A distribuição

14

de nuvens sobre o vórtice, segundo Chen e Chou, era modulada principalmente pela estrutura

da corrente de jato.

Gan (1982) afirmou que os VCAN subtropicais que permanecem ligados ao

escoamento de médias latitudes estão sujeitos a advecção de vorticidade relativa e por isso se

deslocam para leste. No entanto, quando esses sistemas se desprendem completamente da

influência do escoamento de médias latitudes a advecção de vorticidade planetária domina

sobre a relativa e nesse caso os sistemas se movem na direção oeste. Nessa situação, eles se

deslocam até serem absorvidos por um cavado de nível superior. Assim, os VCAN têm uma

tendência a se deslocarem em trajetórias circulares no sentido anti-horário. Em algumas

ocasiões, foi observado que as baixas frias ao adentrarem o continente não completam esta

trajetória, dissipando-se devido ao aquecimento superficial (Kousky e Gan, 1981).

Ramirez (1996) classificou o deslocamento dos vórtices em regular e irregular.

Basicamente um VCAN apresentava deslocamento irregular quando estava sob influência de

um cavado de latitudes médias. Os VCAN com deslocamento regular se moviam para o NEB

e em alguns casos alcançavam a costa oeste da AS. Nesse caso, foi apontado como principal

causador desse movimento a influência da AB.

2.4 Rastreamento

Diversos estudos sinóticos recorrem à climatologia de um determinado sistema em

busca de captar fatores ligados as suas características gerais. Essa prática é muito usada pelos

pesquisadores: estudar diversos casos isoladamente ou em conjunto a fim de se estabelecer as

características gerais do sistema em questão. É uma maneira segura e concisa, encontrada pela

15

ciência, para descrever os intrínsecos processos estabelecidos pela natureza. No entanto, para

que as características descritas sejam fiéis e representativas do objeto de estudo, é feito uso de

grandes períodos de análise, o que torna muitas vezes esse método demasiadamente

dispendioso e de árdua execução. A partir dessa premissa é que se tem origem a criação dos

diversos métodos objetivos de análise.

No caso específico para a localização e rastreamento de ciclones foram desenvolvidos

diversos métodos objetivos, como por exemplo, os de Le Treut e Kalnay (1990), Murray e

Simmonds (1991), Sinclair (1994, 1995 e 1997), Hodges (1994), Sugahara (2005), Hoskins e

Hodges (2005) e Coutinho (2008). Todos esses trabalhos buscavam a identificação de centros

ciclônicos de acordo com alguma característica específica desses sistemas.

Le Treut e Kalnay (1990) desenvolveram um esquema objetivo para diagnosticar

estatísticas sobre os ciclones extratropicais e regiões de ciclogêneses e ciclólise em superfície.

Eles definiram a ocorrência de um ciclone como a presença de um ponto de grade com um

mínimo no campo de pressão ao nível do mar, em pelo menos 4mb abaixo da pressão média

sobre uma pequena área em torno do ponto em análise, o que era equivalente a escolher um

percentual mínimo do Laplaciano do campo de pressão ao nível do mar.

Murray e Simmonds (1991) utilizando valores mínimos de pressão em ponto de grade,

desenvolveram um esquema automático para encontrar e rastrear ciclones. Esse esquema

numérico foi testado com dados observacionais e de modelos numéricos e usado

particularmente para avaliar o comportamento dos ciclones extratropicais do HS.

Sinclair (1994) desenvolveu um método objetivo e o usou para derivar uma

climatologia dos centros de vorticidade ciclônica também para o HS. Ele utilizou duas

observações diárias das análises do ECMWF no nível de 1000hPa para o período de 1980-86.

Esses centros foram calculados como um mínimo local de vorticidade relativa geostrófica

estendendo estudos anteriores baseados nos mínimos de pressão. A trajetória dos sistemas foi

16

traçada utilizando o método descrito por Murray e Simmonds, o qual selecionava novas

posições de trajetória com base na continuidade do movimento e na intensidade dos ciclones.

Hodges (1994), justificando um recente interesse de diversos autores na validação dos

modelos de circulação geral, descreveu um método para executar a identificação sinótica de

um fenômeno que pode ser usado numa análise objetiva através de dados de modelos

numéricos e observações convencionais. A base do método apresentado por Hodges foi a

identificação de objetos em imagens de satélite e/ou em campos meteorológicos.

Especificamente, esses pontos objetos estavam em regiões em torno de campos extremos de

vorticidade e pressão quando do uso de dados de modelo, ou em regiões com nuvens

identificadas pelo seu brilho ou pela mínima liberação de radiação de onda longa quando do

uso de imagens de satélite.

Em outro estudo Sinclair (1995) estudou as características do ciclo de vida dos

ciclones no HS utilizando ainda uma técnica objetiva para a localização das regiões de

formação, intensificação, maturação e decaimento dos ciclones. Posteriormente, em Sinclair

(1997) uma atualização da identificação objetiva e das trajetórias dos ciclones de superfície

foi descrita.

Estudando a variação anual da freqüência de ciclones no OATS, Sugahara (2005)

utilizou as componentes do vento horizontal a dez metros de altura e a pressão ao nível do

mar, parâmetros derivados das análises do ECMWF, numa adaptação ao algoritmo usado por

Sinclair (1994) para fazer a detecção dos ciclones nessa região. No rastreamento ele usou

basicamente a vorticidade relativa do campo de vento suavizado e posteriormente interpolado

para uma grade mais fina, sendo que essa interpolação visava a identificação do centro dos

sistemas com maior precisão. Seu esquema numérico consistia da seguinte maneira: depois de

suavizar e interpolar o campo de vorticidade na grade de alta resolução, a vorticidade de cada

ponto de grade era comparada a vorticidade dos 24 pontos mais próximos. Se esse valor fosse

17

menor do que a dos 24 pontos e também menor do que um valor pré-estabelecido, o ponto em

análise era considerado um centro.

Um estudo recente que também empregava uma metodologia para a identificação

objetiva de movimento ciclônico foi realizado por Coutinho (2008). Aperfeiçoando um

método automático, elaborado por Silva (2005), de identificação dos centros dos VCAN no

nível de 200hPa, Coutinho elaborou uma refinada climatologia para um período de 28 anos de

dados (1976 a 2006) compreendendo toda variabilidade temporal (sazonal e inter-anual) do

comportamento desses sistemas. Foi usada como parâmetro a variação horizontal do vento em

torno do centro de um escoamento de máxima circulação ciclônica, inclusive separando os

sistemas ciclônicos fechados (VCAN) dos CAS (Figura 3).

Figura 3. Exemplo do escoamento do vento horizontal em torno de um VCAN e de um CAS descrito por Coutinho. Fonte: Coutinho (2008).

Dessa forma, muitos são os esquemas numéricos desenvolvidos com o objetivo de

identificação e rastreamento de ciclones. Todos eles identificam esses sistemas de acordo com

uma ou mais características inerentes a eles. Como descrito anteriormente, o uso desses

métodos facilita a identificação de um grande numero de casos economizando longas horas de

análise subjetiva detalhada, no entanto, todos eles, sob algum ponto de vista, apresentam

limitações e seu uso deve ser entrelaçado à estudos de validação e seus resultados expostos

com cautela.

18

2.5 Balanço de Vorticidade e Energia

A análise diagnostica de parâmetros meteorológicos constitui-se numa ferramenta

fundamental para a identificação da ocorrência de processos físicos. Esta análise consiste

basicamente no cálculo de diversos termos de uma equação que governa um determinado

fenômeno, na identificação da variação temporal e espacial dos termos individuais e

interpretação do resíduo da equação em função dos fenômenos não mensuráveis pela malha

de observações (Silva Dias, 1987).

Yanai e Nitta (1967) descreveram um esquema iterativo para calcular a velocidade

vertical e a parte divergente da velocidade do vento extraídos da parte puramente rotacional

dos dados de vento observados usando as equações da vorticidade e continuidade. O balanço

de vorticidade foi discutido para uma onda de leste sobre o mar do Caribe e mostrou que a

advecção horizontal de vorticidade e o efeito da convergência são causas primárias para a

mudança de vorticidade na baixa troposfera. Por outro lado, o transporte vertical de

vorticidade e o efeito de torção (“twisting”) também contribuíram para a mudança de

vorticidade em altos níveis.

Posteriormente, Yanai, Esbensen e Chu (1973) utilizando dessa vez os balanços de

calor e umidade em grande escala a fim de determinar as propriedades volumétricas de um

aglomerado de nuvens tropicais, concluíram principalmente que o fluxo de massa nas nuvens

excede o fluxo de massa vertical principal requisitado pela convergência de grande escala,

causando assim um movimento descendente de compensação entre as nuvens ativas. O

aquecimento de grande escala do ambiente era primariamente devido a compressão adiabática

no movimento descendente de compensação. O resfriamento devido a re-evaporação da água

19

líquida desentranhada das nuvens era também um importante fator do balanço de calor do

ambiente. Atuando contra o ressecamento devido ao movimento descendente no ambiente,

estavam uma grande quantidade de vapor d’água e água líquida que eram desentranhadas das

nuvens, especialmente das nuvens rasas na baixa troposfera.

Reed e Johnson (1974) utilizando um modelo de conjunto de nuvens, similar ao

utilizado por Yanai, Esbensen e Chu (1973), aplicaram o balanço de vorticidade sobre os

distúrbios ondulatórios de leste no Pacífico Oeste Tropical (POT). As medidas revelaram

substanciais “desbalanços” nos distúrbios ou nas regiões convectivamente ativas das ondas.

Nessas regiões existia um aparente sumidouro de vorticidade próximo à baixa troposfera e

uma aparente fonte de vorticidade na alta troposfera. Esse sumidouro e essa fonte podem ser

atribuídos a uma remoção de vorticidade do ar dos baixos níveis e seu transporte ascendente e

sua deposição em altos níveis pela convecção.

Hodur e Fein (1977) usaram valores médios mensais dos termos de grande escala da

equação vorticidade para analisar campos de ventos sobre o POT na região da Zona de Con-

vergência Intertropical (ZCIT). Grandes desbalanços, interpretados como processos de sub-

grade, foram encontrados. Eles identificaram uma excelente correlação entre o resíduo da

equação e a intensa convecção associada à ZCIT. Sugeriram assim, que os processos de

convecção de cumulus de escala de sub-grade desempenhavam importante função no

transporte vertical de vorticidade em regiões oceânicas tropicais durante a primavera e o verão

e ainda que a parametrização da advecção de vorticidade pela convecção de cumulus, além

dos efeitos do transporte de calor e momento, deveria ser incluída nos modelos tropicais.

Daggupaty e Sikka (1977) também utilizaram, entre outros métodos, o balanço de

vorticidade para estudar o ciclo de vida de uma depressão de Monção formada sobre a Baía de

Bengala. Um dos resultados encontrados foi a detecção de uma depleção de vorticidade

ciclônica devido a dinâmica de grande escala da depressão. Foi constatado que a presença de

20

uma atividade convectiva profunda providencia os processos necessários para compensar a

tendência de vorticidade negativa, ou seja, o transporte de vorticidade na escala de sub-grade

pela convecção profunda é essencial para a intensificação do sistema.

Virji (1982), utilizando campos de vento analisados objetivamente no verão, estimou

valores médios das componentes do balanço de vorticidade de grande escala na alta troposfera

sobre a AS tropical e subtropical. Ele encontrou que a divergência horizontal de vorticidade

não era balanceada por nenhuma outra componente de grande escala do balanço. Assim, mais

uma vez, o resíduo foi interpretado devido aos processos de escala de sub-grade com intensa

atividade convectiva das nuvens cumulus localizadas ao longo da bacia do Rio Amazonas.

Utilizando um modelo numérico simplificado, Marinho (1988) simulou a circulação

troposférica superior de verão sobre a AS tropical, encontrando que os termos dominantes no

balanço de vorticidade foram os termos da divergência e o termo da advecção de vorticidade

pela componente divergente, excluindo de sua análise a contribuição da convecção de

cumulus devido a limitações físicas do seu modelo.

Balanços de umidade, calor e vorticidade foram calculados para diversos sistemas

meteorológicos atuantes na AS e oceanos adjacentes por Mendonça (2000). Seu objetivo era

identificar os principais termos e suas evoluções temporal e espacial bem como interpretar as

fontes e sumidouros de vorticidade, calor e umidade através do cálculo e análise dos resíduos

dos balanços. Suas principais conclusões para cada tipo de sistema meteorológico analisado

podem ser vistas na Tabela 1.

Dessa forma, o cálculo dos balanços de vorticidade e energia termodinâmica são

comumente utilizados no estudo do comportamento atmosférico na presença de forçantes

térmicas e dinâmicas, seja utilizando modelos simples como o de Marinho (1988) ou modelos

numéricos robustos de previsão de tempo. Assim, o estudo das características dos diversos

sistemas meteorológicos baseia-se nos parâmetros derivados de variáveis disponíveis,

21

denominadas diagnósticos meteorológicos (Mendonça, 2000) indispensáveis ao

monitoramento e à previsão de tempo. Deste modo, os termos com maior atuação na

formação e intensificação de fenômenos atmosféricos podem ser identificados através da

análise diagnostica de tais parâmetros.

Tabela 1 – Síntese das conclusões das análises dos termos individuais conforme Mendonça (2000), descritos em ordem seqüencial para o balanço de vorticidade, calor e umidade.

ZCAS e AB

SISTEMAS FRONTAIS E

CICLOGÊNESE

EL NIÑO

LA NINÃ

Termos que mais contribuíram para o resíduo

( ) Vf ⋅∇+ζ ;

p∂∂− ζω ;

∂∂×∇⋅

p

Vk ωˆ em

850hPa e

ζ∇⋅−V em

200hPa.

p

T

∂∂−ω e

pcp ∂∂− φω .

p

q

∂∂−ω .

( ) Vf ⋅∇+ζ em

925hPa e

ζ∇⋅−V em

200hPa.

p

T

∂∂−ω e


p

q

∂∂−ω .

p∂∂− ζω ;

∂∂×∇⋅

p

Vk ωˆ

em 850hPa e

ζ∇⋅−V em

200hPa.

p

T

∂∂−ω e


p

q

∂∂−ω .

t∂∂ζ

e ζ∇⋅−V .

p

T

∂∂−ω e


p

q

∂∂−ω .

Fontes/Sumidouros

Fontes de umidade sobre o continente. Sumidouros de umidade na zona de convergência.

Fontes de umidade na Região Amazônica e Paraguai.

Fontes de calor e sumidouros de umidade próximos a região do vórtice ciclônico.

Sumidouro de vorticidade próximo a posição da ZCIT. Sumidouros de umidade próximos ao equador.

Fonte de vorticidade em torno de 5° N e sumidouro próximo ao equador. Sumidouro de calor em 200hPa e fontes de calor em 850hPa. Fontes de umidade próximas ao equador e sumidouro de umidade em torno de 5° N.

Fonte: Mendonça (2000).

22

3 Materiais e Métodos

3.1 Dados

Os dados utilizados na busca pelos VCAN e também no balanço das equações foram

as análises do NCEP FNL (ds083.2). Esses dados são gerados pelo NCEP e disponibilizados

online em http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2/ com resolução espacial de 1x1 grau e são

distribuídos continuamente a cada seis horas. Eles são um produto do Global Forecast System

(GFS) que é operacionalmente executado quatro vezes ao dia pelo NCEP.

As análises são encontradas para a superfície, em 26 níveis mandatórios (ou de

pressão) de 1000mb à 10mb, para a camada limite, alguns níveis sigma e para a tropopausa, a

partir de julho de 1999 até o presente. Os parâmetros primários incluem pressão na superfície,

pressão no nível do mar, altura geopotencial, temperatura, temperatura da superfície do mar,

valores do solo, cobertura de gelo, umidade relativa, as componentes do vento, movimento

vertical, vorticidade e ozônio (CISL RDA: ds083.2 Home Page e Shea et al., 1994).

O período analisado foram os meses de dezembro a fevereiro, período de maior

ocorrência dos VCAN no Atlântico Tropical, especificamente os verões de 2003/2004,

2004/2005, 2005/2006, 2006/2007 e 2007/2008. Para a identificação objetiva dos vórtices foi

utilizado um algoritmo desenvolvido por Sugahara (2005) baseado nas metodologias

empregadas por Sinclair (1994, 1995 e 1997) as quais identificava ciclones através de

mínimos de vorticidade relativa próximos a superfície. Esse esquema numérico foi submetido

a testes onde a partir daí sofreu algumas modificações, porém conservando sua estrutura

essencial. As modificações dizem respeito principalmente aos métodos de rastreamento onde

foram implementadas funções que efetuaram a perseguição dos VCAN utilizando o vetor

vento horizontal e a vorticidade relativa.

23

Foram construídos dois conjuntos de dados usados como entrada no algoritmo. O

primeiro deles era composto pelas componentes zonal e meridional do vento no nível de

200hPa através do qual procedeu-se o rastreamento dos VCAN. O segundo conjunto de dados

foi utilizado no cálculo do balanço de vorticidade e energia e agregou as componentes

horizontais do vetor vento, a movimento vertical (dp/dz), temperatura e altura geopotencial,

todos distribuídos ao longo das 26 camadas verticais (com exceção de dp/dz com apenas 21

níveis).

Para a confirmação da presença dos vórtices e para a análise da nebulosidade

associada aos sistemas foram usadas imagens de satélite no canal infravermelho e vapor

d’água fornecidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudo Climáticos vinculado ao

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE) disponíveis no seguinte endereço

eletrônico http://satelite.cptec.inpe.br/home/.

3.2 Metodologia

3.2.1 Rastreamento

O rastreamento dos VCAN foi feito para cada ponto de grade da região de interesse. A

direção do vento ao redor do ponto analisado foi baseada na circulação ciclônica de um

vórtice considerado ideal (Figura 4a). Para cada ponto de grade que circunda o ponto

analisado foi dado uma margem de 180 graus em relação a direção suposta ideal para o

movimento (Figura 4b).

24

(a) (b) Figura 4. (a) Direção do vento em torno do centro de um vórtice ideal e (b) variação máxima da direção do vento em cada ponto ao redor do centro analisado para que esse ponto obedeça a condição de núcleo do sistema.

Em sistemas ciclônicos fechados extremamente intensos onde a circulação apresentou-

se de forma abrangente, não raro foi encontrado mais de um ponto de grade que obedecia a

condição da direção do vento. Para que o programa não interpretasse esses pontos como

novos centros e passasse a rastreá-los foi calculada a vorticidade relativa desses pontos e a

condição de núcleo foi atribuída àquele que apresentou menor valor de vorticidade, ou seja,

quando dois pontos vizinhos obedeciam a primeira condição (direção) foi designado como

centro do sistema o ponto de grade com maior vorticidade ciclônica.

Dessa forma, era identificada a primeira posição de uma possível trajetória (Figura

5a). O segundo centro era procurado, no instante posterior, nos 48 pontos ao redor da primeira

posição incluindo-a na busca para o caso do vórtice ter permanecido estacionário. Portanto foi

feito uma procura em 49 pontos de grade tendo como orientação a posição anterior (Figura

5b).

25

(a) (b)

Figura 5. (a) Exemplo de um ponto de grade que obedece a condição de centro do VCAN (vetores multiplicados por dez) e (b) exemplo de região onde foi feita a verificação em busca do segundo núcleo.

Uma vez fixado o segundo centro da trajetória, o algoritmo mede a distância entre as

duas posições e calcula a velocidade de deslocamento do vórtice, essa velocidade é usada para

estimar a posição do núcleo no instante seguinte. Nesse momento, com base na posição do

núcleo estimada, é realizada uma nova busca nos 49 pontos, novamente mede-se a distancia

entre as duas últimas posições e calcula-se a velocidade de deslocamento do sistema e assim

para todos os outros tempos até que se atinja o número máximo de tempo definido

previamente no programa, ou então até o rastreador não encontrar mais uma posição válida

como centro do sistema.

O número de pontos de grade onde o rastreador procura a segunda posição e a região

de verificação em torno dos pontos analisados são definidos como parâmetros de entrada no

programa. Segundo Gan (1982) os VCAN apresentam uma velocidade média máxima de

deslocamento de até 6°/dia, portanto é admitido que num intervalo de 6 horas o vórtice possa

se deslocar no máximo 1,5 graus. A decisão de o rastreador esquadrinhar nos 48 pontos ao

redor da posição de referência é que com esse valor é fornecida uma margem de pelo menos o

dobro do valor esperado (3 graus) para a próxima posição (Figura 5b).

Assim, uma vez identificado um núcleo, o programa passa a persegui-lo e dessa forma

o faz em todos os instantes. Outro fator limitante à classificação de uma posição como centro

26

é o valor da vorticidade relativa do ponto analisado. Além do movimento ciclônico o ponto

deve possuir vorticidade relativa inferior a um limiar pré-estabelecido.

O resultado do rastreamento é uma tabela com o número de VCAN encontrados para o

período analisado, a primeira data de cada sistema, seu tempo de duração, as posições do seu

centro (latitude e longitude), e a vorticidade relativa, planetária e absoluta de cada ponto

(Apêndice A). Os parâmetros de entrada no rastreador para o estudo foram: as dimensões da

grade original contendo a região de interesse, as dimensões da grade onde foram realizados os

rastreamentos contidos dentro da primeira região respeitando-se os limites mínimos de borda

(Figura 6a), tempo mínimo de permanência dos VCAN superior a dois dias (no mínimo nove

instantes de seis horas), tempo máximo de rastreamento 15 dias (60 instantes) e limiar de

vorticidade igual -1,5x10-5 s-1.

Após o rastreamento, cada VCAN passou por um processo de validação, o qual

consistiu em comparar as posições encontradas com as imagens de satélite e com os campos

de linha de corrente construídos para o período em análise. Quando houve concordância entre

essas três informações o rastreamento foi considerado perfeito, quando da completa

discordância entre elas o rastreamento foi considerado falho. Os vórtices com falhas passaram

por um processo de correção o qual tinha como base principalmente o campo de linhas de

corrente durante todo período e as informações de satélite em pelo menos um instante.

3.2.2 Equações

Uma vez identificada a trajetória do sistema, a partir da posição do seu núcleo, foi

implementado uma série de subrotinas responsáveis pelo cálculo do balanço das equações

27

seguindo o movimento. Para cada instante foi feito um recorte dos dados a serem utilizados

no balanço, em 15 pontos de grade ao sul, ao norte, a leste e oeste do centro em toda a camada

vertical, obtendo-se assim uma grade espacial de 31x31 pontos na horizontal. Como a posição

do sistema varia a cada novo tempo, exceto para os instantes em que o VCAN permaneceu

estacionário, a região recortada também muda a fim de que o VCAN permaneça sempre no

centro da grade, dessa forma o sistema foi perseguido segundo um observador Lagrangiano

(Figura 6b).

A grande vantagem de se usar a descrição Lagrangiana é que com ela é possível medir

as variáveis de estado de um mesmo fluído à medida que ele se desloca. Dessa forma,

seguindo o movimento o observador estaria medindo a taxa de variação total das propriedades

do objeto em estudo. Assim, como a descrição Lagrangiana está ligada ao conceito de

trajetória seu uso nesse trabalho é naturalmente justificável.

(a) (b)

Figura 6. (a) Grade original dos dados (grade externa) e região do rastreamento (grade interna) e (b) exemplo de área recortada após identificação do núcleo do vórtice em 200hPa

Na análise dos movimentos em escala sinótica e avaliação da taxa de variação

temporal da vorticidade foi utilizada a componente vertical da Equação da Vorticidade em

coordenadas isobáricas (Eq. 1):

{IV

III

III

Rp

VkVf

Dt

fD +

∇×

∂∂⋅+⋅∇+−=+

44 344 21

rr

r

44 344 21

rr

43421ωζζ

)()(

(1)

28

Em que os termos da equação são referidos como: (I) variação total da vorticidade absoluta,

(II) termo da divergência (fonte/sorvedouro de vorticidade), (III) torção ou inclinação dos

vórtices e (IV) resíduo. Na avaliação das fontes/sumidouros de energia empregadas no ciclo

de vida dos VCAN foi utilizada a Equação da Termodinâmica também em coordenadas de

pressão (Eq. 2):

{ {III

p

II

pI

c

J

pcDt

DT +∂∂−=321

φω (2)

Seus termos são referidos como: (I) variação total da temperatura; (II) taxa de

aquecimento/resfriamento adiabático e (III) taxa de aquecimento/resfriamento diabático. Os

símbolos envolvidos nessas duas equações são: ζ vorticidade relativa; f vorticidade planetária;

Vr

vetor vento horizontal; p nível isobárico em questão; ω movimento vertical em coordenada

de pressão; T temperatura do ar; φ altura geopotencial; cp calor específico do ar a pressão

constante e J representa a soma dos processos radiativos com trocas de calor associadas a

convecção úmida e a troca de calor sensível por condução e/ou turbulência sendo obtido como

resíduo da equação.

Na região de recorte (31x31 pontos) foi realizado o balanço das equações em toda

camada vertical e durante todo o tempo de vida do VCAN. Nesses cálculos as equações foram

usadas utilizando-se diferenças finitas centradas, no entanto, a diferença foi tomada em dois

instantes consecutivos e o termo t’ , presente nas relações abaixo, refere-se a um momento

intermediário entre duas observações consecutivas, ou seja, se a primeira observação foi às

06UTC e a segunda às 12UTC o primeiro instante do balanço será calculado para às 09UTC e

assim sucessivamente (Tabela 2). Essa medida foi adotada tendo em vista minimizar as

grandes oscilações decorrentes do emprego do método de diferenças finitas centradas devido

ao grande espaçamento temporal. Para os termos que exigem valores no instante t’ foram

usadas médias das variáveis entre os instantes t e t+1.

29

Uma vez calculado o balanço das equações para cada um dos sistemas, foram

construídas suas trajetórias, e exibido uma média da variação temporal de cada um dos termos

das duas equações numa região composta por nove pontos no centro da grade simulando o

núcleo do VCAN. Buscando-se representar os três principais estágios de desenvolvimento

(jovem, maduro e dissipação) nas análises dos termos das equações, os VCAN foram

divididos temporalmente em fase inicial, fase intermediária e fase final em que cada uma

dessas representa um terço do tempo de vida total do sistema.

A Tabela 2 mostra a forma como foi calculado os termos das equações mediante o uso

da técnica numérica, porém, por simplicidade, omitindo os ajustes requeridos pela forma das

equações em coordenadas esféricas. A Figura 7 mostra um exemplo do resultado final do

rastreamento e do cálculo do balanço das equações aplicado a um caso de VCAN ocorrido no

verão de 2004/2005.

Tabela 2 – Relações numéricas utilizadas na obtenção dos termos da Equação da Vorticidade (A) e da Equação da Termodinâmica (B). Nas relações abaixo η = ζ + f Termo Relação Numérica

(1A) tDt

fD tkjitkji

tkji ∆−

=+ + ),,,()1,,,(

)',,,(

)( ηηζ

(2A) 22),,,()1,,,(),,,()1,,,(

)',,,(

_________

)',,,(

________tkjitkjitkjitkji

tkjitkji

VfVfVVVfV

rrrrrrrrrrrr ⋅∇−⋅∇−

+⋅∇−⋅∇−

=⋅∇−⋅∇− ++ ζζζ

(3A)

xp

vv

yp

uu

p

Vk

tkjitkjitkjitkji

tkjitkjitkjitkji

tkji

∆−

∆−

−

−∆

−∆

−=

∇×

∂∂⋅

++

++

)',,,()',,,1()',,,()',1,,(

)',,,()',,1,()',,,()',1,,(

)',,,(

ωω

ωωω

rr

r

(4A) R = (1A) - (2A) - (3A)

(1B) t

TT

Dt

DT tkjitkji

tkji ∆−

= + ),,,()1,,,(

)',,,(

(2B) pcpc

tkjitkji

p

tkji

tkjip ∆−

−=∂∂⋅− + )',,,()',1,,()',,,(

)',,,(

φφωφω

(3B) J/cp = (1B) + (2B)

30

(a) (b)

(c) (d) Figura 7. (a) mostra a trajetória do vórtice 2005012612 (instante da primeira posição); em (b) é observada a variação da vorticidade relativa (azul), planetária (verde) e absoluta (vermelho) média nos nove pontos de grade na região central do VCAN; em (c) e (d) estão as distribuições temporais médias dos termos das equações da Vorticidade (esquerda) e da Termodinâmica (direita) para a região do centro do VCAN.

31

4 Resultados

4.1 Rastreamento

Como apresentado no capítulo anterior, o período em análise compreende os verões a

partir do ano de 2003 à 2008, especificamente os meses de dezembro, janeiro e fevereiro. O

resultado do rastreamento do algoritmo para o referido período pode ser visualizado na Tabela

3 de a à e, que apresenta a data inicial de cada VCAN, uma classificação em relação ao

rastreamento do algoritmo, uma confirmação quanto a presença do sistema através das

imagens de satélite e quando da falha no rastreamento aponta o erro e sua causa.

Tabela 3a – Resultado do rastreamento do algoritmo para o verão de 2003/2004. VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

1) 2003120100 PERFEITO SIM (ir) --- ---

2) 2003120506 FALHA NÃO TERMINOU ANTES

CENTRO MUITO GRANDE

3) 2003120806 FALHA SIM (ir) CONTINUAÇÃO ANTERIOR

GRANDES SALTOS

4) 2003121218 PERFEITO NÃO --- --- 5) 2003121418 PERFEITO SIM (ir) --- ---

6) 2003122312 PARCIAL SIM (ir) PERDEU OS ULTIMOS INSTANTES

DESINTENSIFICAÇÃO DO SISTEMA

7)2003123118 PARCIAL SIM (ir) PERDEU OS TRÊS PRIMEIROS TEMPOS

CENTRO MUITO GRANDE

8) 2004010218 PERFEITO NÃO --- --- 9) 2004011418 PERFEITO SIM (ir) --- ---

10) 2004013100 FALHA SIM (ir) COTINUAÇÃO DO ANTERIOR

VCAN ANTERIOR ATINGIU O TEMPO LIMITE

11) 2004020518 PERFEITO SIM (ir) --- --- 12) 2004021018 PERFEITO NÃO --- --- 13) 2004021812 PERFEITO NÃO (ir) --- ---

14) 2004022300 PARCIAL SIM (ir) PERDEU OS PRIMIEROS INSTANTES

CENTRO MUITO GRANDE E GRANDES SALTOS

32

Tabela 3b – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2004/2005). VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

1)2004120900 PARCIAL NÃO PERDEU OS TRÊS PRIMEIROS TEMPOS

CENTRO MUITO GRANDE

2) 2004121212 PARCIAL NÃO

PERDEU ALGUNS DOS PRIMEIROS E ÚLTIMOS INSTANTES

DESINTENSIFI-CAÇÃO DO SISTEMA

3) 2004121818 PERFEITO SIM (ir) --- --- 4) 2004122718 PERFEITO SIM (ir) --- ---

5) 2005011112 FALHA SIM (ir) TERMINOU ANTES

CENTRO MUITO GRANDE


VCAN ANTERIOR TERMINOU ANTES

7) 2005011400 PERFEITO SIM (ir) --- --- 8) 2005011612 PERFEITO SIM (ir) --- ---

9) 2005012018 PARCIAL SIM (ir) PERDEU ALGUNS DOS PRIMEIROS INSTANTES

CENTRO MUITO GRANDE


GRANDES SALTOS

11)2005012818 FALHA SIM (ir) CONTINUAÇÃO ANTERIOR


12) 2005020500 PARCIAL NÃO PERDEU OS DOIS PRIMIEROS INSTANTES

CENTRO MUITO GRANDE

13) 2005021006 PERFEITO NÃO --- --- 14) 2005021506 PERFEITO NÃO --- --- 15) 2005022118 PERFEITO NÃO --- --- 16) 2005022618 PERFEITO SIM (ir) --- ---

Tabela 3c – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise (2005/2006). VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

1) 2005120712 PARCIAL SIM (wv) PERDEU OS ÚLTIMOS INSTANTES

CENTRO MUITO GRANDE GRAN- DES SALTOS

2) 2005120900 FALHA SIM (wv) TERMINOU ANTES

GRANDES SALTOS

3) 2005121018 FALHA NÃO

NÃO APRESENTA ESTRUTURA CARACTERISTICA DE VCAN

RESULTOU DE UM PEQUENO CAVADO

4) 2005121106 FALHA SIM (wv)

CONTINUAÇÃO DO VCAN 2, TERMINOU ANTES

VCAN 2 TERMINOU ANTES

5) 2005121518 FALHA SIM (wv) CONTINUAÇÃO ANTERIOR


6) 2005122212 PARCIAL SIM (wv) TERMINOU ALGUNS INS- TANTES ANTES


continua

33

conclusão VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

7) 2005122306 PARCIAL SIM (wv)

PERDEU ALGUNS DOS PRIMEIROS E ÚLTIMOS INSTANTES

DESINTENSIFI-CAÇÃO DO SISTEMA

8) 2005122700 FALHA SIM (wv) CONTINUAÇÃO DO VCAN 6

DESINTENSIFI-CAÇÃO DO VCAN 6

9) 2006010318 PERFEITO SIM (wv) --- --- 10) 2006010600 PERFEITO NÃO --- --- 11) 2006010806 PERFEITO SIM (wv) --- ---

Tabela 3d – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise 2006/2007. VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

1) 2006120112 FALHA SIM (ir e wv) TERMINOU ANTES

GRANDES SALTOS


DESINTENSIFI-CAÇÃO VCAN ANTERIOR

3) 2006121206 PARCIAL NÃO PERDEU ALGUNS DOS PRIMIEROS INSTANTES


4) 2006121800 PERFEITO SIM (ir e wv) --- --- 5) 2006122106 PERFEITO SIM (wv) --- --- 6) 2006122218 PERFEITO SIM (wv) --- ---


GRANDES SALTOS

8) 2006122800 FALHA SIM (wv)

CONTINUAÇÃO ANTERIOR, TERMINOU ANTES

GRANDES SALTOS


GRANDES SALTOS

10) 2007010218 PERFEITO SIM (wv) --- --- 11) 2007010706 PERFEITO NÃO --- ---


GRANDES SALTOS


GRANDES SALTOS

14) 2007011518 PERFEITO NÃO --- ---

15) 2007012000 FALHA SIM (ir e wv)

PERDEU ALGUNS DOS PRIMEIROS INSTANTES E ACABOU ANTES


16) 2007012112 PERFEITO SIM (wv) --- ---

17) 2007012718 FALHA SIM (wv)

CONTINUAÇÃO DO VCAN 15, TERMINOU ANTES

DESINTENSIFI-CAÇÃO DO VCAN 15 E GRANDES SALTOS


DESINTENSIFI-CAÇÃO DO VCAN ANTERIOR

19) 2007020106 PERFEITO SIM (wv) --- --- continua

34

conclusão VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

20) 2007020318 FALHA SIM (wv) CONTINUAÇÃO DO VCAN 18

DESINTENSIFICAÇÃO DO VCAN 18

21) 2007021518 PARCIAL SIM (wv) PERDEU OS PRI-MEIROS INS-TANTES

CENTRO MUITO GRANDE E GRANDE SALTOS

22) 2007021706 PERFEITO SIM (wv) --- ---

23) 2007022012 PARCIAL SIM (wv) PERDEU OS PRIMEIROS INS-TANTES


Tabela 3e – O mesmo que a Tabela 3a exceto pelo ano em análise 2007/2008. VCAN RASTREAMENTO SATELITE ERRO CAUSA DO ERRO

1)2007120318 PERFEITO SIM (wv) --- --- 2) 2007120700 PERFEITO SIM (wv) --- --- 3) 2007121006 PERFEITO SIM (wv) --- --- 4) 2007121212 PERFEITO SIM (wv) --- ---

5) 2007122300 FALHA SIM (wv)

PERDEU OS PRI-MEIROS INS-TANTES E TER-MINOU ANTES

GRANDES SALTOS

6) 2007122506 FALHA SIM (wv) CONTINUAÇÃO DO VCAN ANTERIOR

GRANDES SALTOS

7) 2007123012 FALHA SIM (wv) CONTINUAÇÃO DO ANTERIOR



GRANDES SALTOS

9) 2008012300 PARCIAL SIM (wv) PERDEU ALGUNS DOS PRIMIEROS INSTANTES

GRANDES SALTOS






DESINTENSIFICAÇÃO E GRANDES SALTOS

13) 2008021118 PERFEITO SIM (wv) --- ---

Dessa forma o rastreamento foi considerado perfeito, falho ou parcialmente perfeito.

Quando a análise subjetiva coincidia com a posição do sistema registrada pelo método

objetivo o rastreamento era considerado perfeito. Quando a análise subjetiva discordava em

pequenos aspectos, como por exemplo o instante de formação ou dissipação do centro do

vórtice, o rastreamento foi considerado parcialmente perfeito. De maneira análoga, para os

35

casos em que houve uma forte divergência entre a análise subjetiva e a objetiva o

rastreamento foi considerado falho.

Assim, o algoritmo encontrou 77 casos de VCAN dos quais 33 (43%) foram

considerados perfeitos, 30 (39%) foram classificados como falhos e 14 (18%) foram

parcialmente perfeitos. Baseado na consideração de que os rastreamentos parcialmente

perfeitos foram assim classificados por apresentarem apenas pequenas discordâncias

comparadas à análise subjetiva e acrescentando-os ao conjunto de trajetórias atribuídas como

satisfatórias, foi alcançado um total de 47 VCAN ou 61% dos casos rastreados com

satisfação.

Levando-se em conta a complexidade do sistema e o objetivo principal do trabalho

esse índice foi considerado satisfatório. Nos casos em que foram detectadas falhas no

rastreamento foram apontados três problemas principais:

1°) Centro muito grande: em situações em que o VCAN se mostrou extenso (Figura 8a), não

raro mais de um ponto de grade satisfez a condição de centro do sistema conforme a

disposição da direção do vento. Nessas condições, a função que selecionava o ponto de grade

com maior vorticidade ciclônica era acionada e eliminava os centros vizinhos menos intensos.

Em algumas situações esse procedimento deslocou ligeiramente o centro do sistema, o que fez

com que no próximo instante, dependendo do deslocamento do vórtice, a distância máxima

permitida entre centros consecutivos fosse ultrapassada cessando o rastreamento.

2°) Grandes saltos: muitas vezes os VCAN estão fortes em cavados intensos. Esses cavados

exercem junto ao vórtice igual importância na circulação em altos níveis e também foram

discutidos por Silva (2005). Em determinadas ocasiões o cavado era tão forte que além de

deformar o VCAN dando a ele uma forma mais “estreita” ou “espremida” vários pontos ao

longo do seu eixo satisfizeram a condição de centro do sistema (Figura 8b). Isso pode fazer

com que no instante seguinte o rastreador conecte erroneamente o centro dos VCAN.

36

3°) Enfraquecimento do sistema: ocorre quando em um único instante o VCAN deixa de

apresentar circulação fechada, intensificando-se no instante seguinte e perdurando por ainda

mais alguns dias. Como o rastreador conecta pontos em tempos consecutivos, o programa

interpreta a dissipação do VCAN e no passo de tempo seguinte inicia um novo rastreamento,

originando um novo vórtice.

(a) (b) Figura 8. (a) Exemplo de VCAN extenso e (b) exemplo de cavado intenso. Os pontos vermelhos são pontos interpretados como centro do sistema pelo algoritmo.

Entre os 77 casos de rastreamento utilizando a direção do vento apenas um caso não

representou um vórtice de altos níveis (terceiro caso do período de 2005/2006). Colocando-se

de lado a dificuldade do algoritmo em conectar os pontos consecutivos devido ao

enfraquecimento do sistema e os grandes deslocamentos repentinos, esse número representou

um erro na detecção dos sistemas inferior a 2%, o que demonstra o grau de confiabilidade no

rastreamento utilizando a variável direção do vento. Usando ainda como base os 77 casos

encontrados pelo método objetivo cerca de 80% deles puderam ser confirmados pelas

imagens de satélite através da presença da nebulosidade característica associada aos VCAN

ou através da depressão seca no seu centro como visualizado nos exemplos da Figura 9.

37

(a) 20040121 12UTC

(b) 20050128 18UTC

(c) 20061202 21UTC

(d) 20070104 12UTC

(e) 20070206 18UTC

(f) 20071208 21UTC

Figura 9. Fragmento de imagem do satélite GOES com ênfase sobre os VCAN. As imagens superiores no canal infravermelho e as inferiores no canal vapor d’água. Fonte: CPTEC/INPE.

Os vórtices classificados como parcialmente perfeitos e falhos passaram por uma

reavaliação subjetiva baseada na observação do campo de linha de corrente a fim de que

fossem corrigidas suas partes falhas e eles também fossem usados no estudo. Após as análises

de correção foram estabelecidos um total de 57 VCAN com posições consideradas

completamente satisfatórias.

Tabelas com as posições e as vorticidades no centro de todos os sistemas rastreados

podem ser visualizadas no Apêndice A, onde foi possível perceber a maior contribuição da

vorticidade relativa nos valores de vorticidade absoluta e o aparente caráter deste último em

se manter constante. As trajetórias de cada um dos vórtices após o procedimento de

reavaliação podem ser vistas na Figura 10.

38

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Figura 10. Trajetória dos VCAN reavaliados, o circulo aberto representa a posição inicial do VCAN.

Uma síntese com os principais resultados dos rastreamentos pode ser vista na Tabela

4. Através dessa tabela foi possível observar que o verão em que mais casos foram registrados

foi 2006/2007 (Figura 10d), com dezesseis casos, precedido pelo verão menos intenso para o

período em estudo, 2005/2006 (Figura 10c) com apenas seis sistemas. Durante o verão de

39

2005/2006 foi observado um evento fraco de La Niña (Boletim Climanálise vol.20 n° 12) e

em 2006/2007 um evento moderado de El Niño com anomalias positivas da temperatura do

oceano de até +2°C (Boletim Climanálise vol. 21 n° 12). Os vórtices mais intensos também

foram registrados em 2006/2007 com um caso que durou cerca de 92 instantes (ou 23 dias) e

outro sistema que se estendeu de 70 à 850hPa.

Tabela 4 – Síntese dos resultados para os vórtices validados.

Verões N° Sistemas Maior Duração [em instantes*]

Maior Extensão Vertical [hPa]

Menor Vorticidade Relativa [s-1]

2003/2004 12 80 500 – 50 -2,41 x 10-4 2004/2005 14 34 700 – 70 -2,27 x 10-4 2005/2006 6 53 500 – 100 -2,72 x 10-4 2006/2007 16 92 850 – 70 -2,97 x 10-4 2007/2008 9 51 800 – 70 -3,22 x 10-4

* cada instante representa um intervalo de seis horas.

Outra tabela que mostra as principais características verticais dos VCAN, como nível

de máxima intensidade, extensão vertical e pondera sobre a possível relação da intrusão de

vorticidade potencial a partir da estratosfera na formação desses sistemas pode ser vista no

Apêndice B. Ela mostra que a grande maioria dos sistemas apresentou máxima intensidade no

nível de 200hPa com 67% dos casos, cerca 26% apresentaram máxima intensidade no nível de

250hPa e apenas 7% em outros níveis com três casos no nível de 150hPa e um caso em

100hPa.

Em apenas treze casos foram observadas2 anomalias negativas de vorticidade relativa

acima do topo do vórtice o que poderia indicar um possível evento de intrusão estratosférica

de vorticidade. A maioria dos VCAN apresentou sua base entre os níveis de 500hPa e 400hPa

(33 casos) e seu topo entre os níveis de 100hPa e 70hPa (47 casos). A Figura 11 mostra

alguns perfis de anomalia da vorticidade relativa para o interior do VCAN ressaltando

2 Anomalia aqui se refere ao valor médio dos nove pontos centrais da grade menos o valor médio de todos os pontos da grade recortada (31x31 pontos).

40

algumas características específicas como o nível de máxima intensidade de um VCAN

(Figura 11a), possível evento de intrusão de vorticidade acima do vórtice (Figura 11b) e

extensão vertical máxima alcançada por um VCAN na fase intermediária (Figura 11c).

(a) 20061218 00UTC

(b) 20031205 06UTC

(c) 20031226 12UTC

Figura 11. Anomalia de vorticidade ciclônica no centro do VCAN (x10-4 s-1). (a) nível de máxima intensidade do vórtice, (b) ênfase em exemplo de possível evento de intrusão de vorticidade no primeiro instante do VCAN e (c) ênfase na maior extensão vertical alcançada por um VCAN na fase intermediária.

4.2 Balanço de Vorticidade

4.2.1 Análise Temporal

Os termos da equação da vorticidade foram calculados individualmente e a média em

nove pontos de grade que circundam o ponto central do sistema incluindo-o foi levada em

consideração no estudo do comportamento de cada termo durante o ciclo de vida do VCAN

(Figura 12). Como encontrado na literatura (Holton, 2004 e Lemes e Moura, 2002), para

movimentos em escala sinótica o termo de torção chega a ser até três ordens de grandeza

inferior as demais quantidades podendo ser por isso desprezado.

41

Em sistemas sinóticos de latitudes médias, considerando os movimentos de escala

sinótica quase não-divergentes, o valor da vorticidade relativa (ζ) é usualmente desprezado

sendo a vorticidade planetária (f) a protagonista na geração do termo da divergência (Holton,

2004). Tal aproximação não se aplica aos sistemas atuantes na região tropical e também nas

imediações de intensas tempestades ciclônicas como no caso dos VCAN, em que f é da

mesma ordem de ζ, ou ainda, como na maioria dos casos no centro dos VCAN tropicais ζ

chega a ser até duas ordens de grandeza maior que f (Apêndice A).

Em geral, para os vórtices de pequena duração que se formaram sobre o Atlântico

Tropical distante da influência de outros sistemas atmosféricos e desprovidos de nebulosidade

a variação da vorticidade absoluta seguindo o movimento horizontal é, aproximadamente,

dada pela geração (destruição) de vorticidade devido a convergência (divergência) horizontal.

Nessa situação a equação mostrou seu campo residual com pequenas oscilações (Figura 12a).

Para os VCAN persistentes, os quais se deslocaram até sofrerem a influência de outros

sistemas, como as zonas frontais e a ZCIT, ou aqueles que já se formaram sob tal influência e

também com a presença dos cumulonimbus, o campo residual se mostrou extremamente

intenso, reflexo do também aumento de intensidade tanto do termo da divergência quanto do

termo da derivada material da vorticidade absoluta (Figura 12b).

(a) (b) Figura 12. Valor médio dos termos da equação da vorticidade (s-2) (a) para um VCAN curto e sem nebulosidade em 20050210 às 06UTC e (b) para um VCAN duradouro e com nebulosidade em 20031214 às 18UTC.

42

Para estabelecer qual termo exercia maior influência no resíduo, os valores absolutos

do termo da divergência e do termo da variação total da vorticidade absoluta para a região

central do VCAN foram traçados e também calculada a integral da diferença entre esses dois

valores médios para todo o tempo de vida do sistema a fim de identificar qual desses termos

exercia maior influência sobre o resíduo (Figura 13).

Numa primeira análise cada vórtice apresentou uma estrutura singular. Na busca por

características gerais foram usados apenas os sistemas em que o domínio de um dos termos

principal da equação estava absolutamente evidente. Dentre o conjunto de resultados, em oito

casos o termo da divergência foi claramente dominante sobre o termo de variação total

(Figura 13a) contra quatro casos de domínio do primeiro termo na primeira fase do sistema.

(a) 20080126 12UTC

(b) 20080211 18UTC

(c) 20051221 18UTC

Figura 13. Variação dos valores absolutos no centro do VCAN para o termo da derivada material da vorticidade absoluta (termo 1) e para o termo da divergência (termo 2). R é o valor da integral da diferença entre eles. (a) caso com domínio do termo 2 na fase inicial; (b) caso com domínio do termo 2 na fase intermediária e (c) caso com domínio quase total do termo 1.

43

Durante a fase intermediária, também foi constatado oito casos de domínio do termo

da divergência (Figura 13b) contra três do termo de variação total. E na fase de dissipação,

foram observados cinco casos de absoluto domínio para cada um dos dois termos. Foram

observados ainda quatro casos de domínio completo ou quase completo do segundo termo e

nove casos de domínio total ou quase total do primeiro termo (Figura 13c).

4.2.2 Análise Espacial

Da análise da distribuição espacial da divergência do vento horizontal foi observado

que durante a fase inicial e intermediária do vórtice, uma área de convergência se formava

predominantemente na parte sul, sudoeste e oeste do centro do sistema. Já durante a fase

madura e os instantes de dissipação do vórtice o campo de divergência foi predominante no

lado periférico norte (Figura 14). Quando o vórtice se localizava nas proximidades do

continente ou próximo a um sistema frontal a distribuição de convergência na parte

sul/sudoeste era mais evidente.

(a) 20040119 06UTC

(b) 20051215 06UTC

Figura 14. Exemplo de linhas de corrente e divergência do vento horizontal (x10-5 s-1) para (a) a fase inicial e (b) para a fase intermediária dos VCAN.

44

O primeiro termo da equação da vorticidade apresentou uma variação ligeiramente

homogênea com células que se apresentaram sempre aos pares e com sinais contrários em

todos os estágios de desenvolvimento (Figura 15a). Contudo, de maneira geral, máximos

valores de intensificação foram observados ao longo da periferia do sistema (Figura 15b) e

valores de supressão foram observados sobretudo no centro a partir da fase intermediária

(Figura 15c e 15d).

(a) 20061206 00UTC (b) 20061206 12UTC (c) 20061207 06UTC (d) 20061207 12UTC Figura 15. Distribuição espacial do termo de variação total da vorticidade absoluta (x 10 -9 s-2) e linhas de corrente. Ênfase para o centro do vórtice.

Comumente o termo da divergência durante o período de duração do VCAN

apresentou valores negativos mais intensos no setor sul e valores positivos mais intensos no

setor norte. Isso concorda com a distribuição da divergência do vento horizontal. Para o H.S. ζ

e f são sempre negativos, portanto o sinal do termo da divergência é controlado pela

distribuição da divergência do vento, esse efeito é resumido na Tabela 5.

A distribuição espacial do resíduo numa primeira análise mostrou-se mais dependente

do primeiro termo. No entanto, na região do VCAN o termo da divergência apresentava

ordem de grandeza comparada ao termo de variação material e também contribuiu fortemente

para o resíduo. Assim, o comportamento espacial do resíduo no vórtice obedeceu

rigorosamente o balanço entre os dois primeiros termos da equação.

45

Tabela 5 – Efeitos da divergência na produção de vorticidade.

Se (ζ+f)>0 então ( )0<+

Dt

fD ζ 0>⋅∇ V

(divergência) Se (ζ+f)<0 então ( )0>+

dt

fD ζ

Se (ζ+f)>0 então ( )

0>+dt

fD ζ

( ) ( ) VfDt

fD ⋅∇+−=+ ζζ

0<⋅∇ V (convergência) Se (ζ+f)<0 então ( )

0<+Dt

fD ζ

Fonte: Lemes e Moura 2002, adaptado.

4.2.3 Análise Vertical

Perfis verticais, média para os nove pontos no centro do VCAN, foram construídos

para as três fases de atuação do vórtice. A primeira característica marcante na fase inicial do

VCAN foi o completo domínio do termo de variação total da vorticidade absoluta nos níveis

livres da influência do VCAN (Figura 16a). Assim, o termo residual distante do vórtice

responde basicamente as variações do primeiro termo. Também no estágio pós-formação foi

possível perceber que o termo de torção sofre uma variação no nível do vórtice. Essa variação

quando comparada a magnitude dos demais termos é pequena, no entanto ela foi notada numa

grande quantidade de casos e seu efeito pode ser atribuído ao movimento vertical no nível do

vórtice (Figura 16a).

Na fase intermediária, na altitude do VCAN, o termo de divergência apareceu mais

forte do que no estágio anterior contribuindo para o balanço e por muitas vezes sendo o

principal responsável pelo resíduo (Figura 16b). A variação de D(ζ+f)/Dt foi clara em mostrar

a intensificação do sistema nas proximidades do nível de 200hPa e também com valores

máximos nesse nível.

46

Nos instantes finais do vórtice, o termo de divergência nas proximidades de 200hPa

mostrou-se bem mais fraco do que no estágio anterior. Logo abaixo desse nível, a

característica de supressão do primeiro termo com picos de máxima intensidade nas

proximidades de 300hPa foi observada (Figura 16c).

(a) 20071212 12UTC

(b) 20031203 12UTC

(c) 20050203 06UTC

Figura 16. Valores médios dos termos da equação da vorticidade para a região central dos VCAN (x10-10 s-2). (a) Primeiro instante de formação do vórtice; (b) fase intermediária e (c) fase final. As legendas 1, 2, 3 e R referem-se respectivamente ao termo da derivada material da vorticidade absoluta, termo da divergência, termo de torção e resíduo.

4.3 Balanço de Energia

4.3.1 Análise Temporal

O termo de aquecimento/resfriamento diabático representa os processos radiativos, as

trocas de calor associadas à convecção úmida (simples mudança de fase ou transporte

turbulento associado às nuvens) e a troca de calor sensível por condução e turbulência seca

(Silva Dias, 1998). Os vórtices ciclônicos são sistemas sinóticos que podem apresentar sua

energética dependente da liberação de calor latente, não só em relação aos processos externos

ligados a sua formação, mas também com relação aos processos de manutenção.

47

O movimento vertical no centro do vórtice foi checado utilizando-se a média do

movimento vertical (omega) em toda a extensão do vórtice e durante seu ciclo de vida. Os

resultados mostraram, como esperado, movimento subsidente no centro do VCAN com

alguns picos de movimento ascendente, porém com predomínio claro de subsidência (Figura

17a).

A análise temporal média dos termos da Equação 2 na região central da baixa fria foi

marcada pelo prevalecimento do primeiro termo em praticamente todos os casos. Dessa

forma, o termo diabático acompanhou todas as mudanças de DT/Dt (Figura 17b). Para

estabelecer o sinal do primeiro termo em cada uma das três principais fases do VCAN, o

termo de derivação total da temperatura foi traçado durante todo tempo de atuação do VCAN

e as integrais entre ele e a linha zero foram calculadas para cada uma das fases do seu ciclo de

vida (Figura 17c).

Assim, durante a fase inicial em 31 casos DT/Dt foi predominantemente positivo

contra 26 casos negativos. Para a fase intermediária 35 vórtices apresentaram DT/Dt positivos

contra 22 negativos e para a fase final a contabilização foi de 27 casos contra 30, positivos e

negativos respectivamente. Também ocorreram casos em que a predominância foi

completamente positiva (6 casos) e completamente negativa (2 casos).

(a) 20050116 12UTC

(b) 20050114 00UTC

(c) 20040114 18UTC

Figura 17. (a) Comportamento de omega [Pa.s-1] durante o tempo de atuação do VCAN, média dos valores para a região central e para a toda extensão vertical do vórtice; (b) Variação dos termos do balanço da Eq. (2) [K.s-1] em que Termo 1 refere-se a derivada material da temperatura, 2 equivale ao termo adiabático e 3 o diabático; (c) Variação do Termo 1 [x10-5 K.s-1] e os valores das integrais da diferença entre esse termo e a linha zero para cada uma das três fases representativas do ciclo de vida dos VCAN. Os horários na parte inferior das figuras indicam o instante da primeira observação.

48

Uma análise temporal idêntica a empregada ao primeiro termo foi realizada sobre o

termo adiabático. Assim. foi possível identificar com clareza a forte tendência a valores

negativos, dominante em todas as fases (Figura 18a). Esse domínio dos valores negativos foi

completo em 22 casos sendo que em dois deles não estava presente qualquer valor positivo

(Figura 18b). Outro fato perceptível diz respeito a amplitude das variações, os vórtices mais

duradouros tendem a apresentar amplitudes menores do que os VCAN com pouca duração.

(a) 20050116 12UTC

(b) 20040102 18UTC Figura 18. Variação temporal do termo adiabático, média para a região central do VCAN [x10-5 K.s-1], e valores da integral da diferença entre o segundo termo e a linha zero para cada um dos estágios de desenvolvimento. (a) Exemplo de domínio negativo em todos os estágios com picos de valores positivos e (b) exemplo de domínio completo dos valores negativos. Os horários na parte inferior das figuras indicam o instante da primeira observação.

4.3.2 Análise Espacial

Para verificar as propriedades tridimensionais do vórtice, a fonte de ar frio do seu

centro e analisar os processos ligados ao seu desenvolvimento foram construídas imagens de

anomalia da altura geopotencial e temperatura para toda a grade no nível de 200hPa (Figura

49

19). Através dessas imagens foi possível observar a depressão ciclônica característica da baixa

fria em altitude e acompanhar suas variações.

Na fase inicial a maioria dos vórtices apareceu conectada ao escoamento de latitudes

mais altas. Como os VCAN se formam preferencialmente da intensificação de cavados que

apresentam eixo com aproximadamente -45° graus de inclinação (Figura 8b) em relação a

linha do Equador a entrada de ar frio nos primeiros instantes ocorreu em sua maioria pelo lado

sul e sudeste do vórtice (Figura 19a).

Em diversos casos nos instantes seguintes, quando o vórtice se localizava nas

proximidades do continente, uma língua de ar mais quente se estendia a partir do lado

sudoeste do VCAN cessando a conexão com as latitudes mais altas na parte sul (Figura 19b).

Em seguida foram observadas duas situações distintas: o VCAN permanecia isolado cercado

por “paredes” de altura geopotencial maiores, denotadas pelas anomalias de geopotencial na

Figura 19c, configurando uma piscina de ar frio. Nessa conjuntura o VCAN apresentou pouco

deslocamento e nos casos em que permaneceu nessa condição seu tempo de atuação foi menor

(Figura 19c).

(a) 20040116 00UTC

(b) 20040117 18UTC continua

50

conclusão

(c) 20071213 18UTC

(d) 20031212 06UTC

Figura 19. Anomalias de altura geopotencial (preenchido) e temperatura (isotermas). (a) Exemplo de VCAN na fase inicial com entrada de ar frio pelo lado sul e sudeste; (b) Invasão de ar quente pelo lado sudoeste do VCAN cessando o fornecimento de ar frio pelo sul do vórtice; (c) VCAN isolado cercado por valores positivos de anomalia de geopotencial e com ar frio aprisionado e (c) exemplo de VCAN recebendo ar frio pelo seu lado norte e nordeste.

A outra situação, mais comum, foi o vórtice buscar novas conexões com ar mais frio.

Dessa forma, diversos VCAN se conectaram ao escoamento vindo da parte norte do sistema

ou até mesmo do H.N. (Figura 19d). Nos casos em que houve conexão com ar mais frio os

vórtices apresentaram maior tempo de vida.

Utilizando imagens da distribuição espacial do primeiro termo foi observado que nos

instantes iniciais no centro do VCAN DT/Dt foi preferencialmente positivo (Figura 20a), ou

seja, o sistema apresentou uma intensificação gradual até atingir o estágio de maturação onde

mostrou valores com ambos os sinais (positivos e negativos), porém menos intensos (Figura

17b). Na fase intermediária ocasionalmente apareceram pares de núcleos com sinais

contrários circundando o centro do VCAN ou com um dos núcleos sobre o centro e o outro

localizado em uma das partes da periferia (Figura 20b).

51

(a) 20040118 18UTC

(b) 20040122 18UTC

(c) 20071223 06UTC

Figura 20. (a) e (b) distribuição horizontal da derivada material da temperatura [K.s-1] e (c) distribuição horizontal do termo adiabático [K.s-1]. Todas em de 200hPa multiplicadas por um fator de 10-5 e com isoípsas de altura geopotencial [m].

Da distribuição espacial do termo adiabático no nível de 200hPa uma característica

marcante foi a ausência de valores intensos junto ao centro do VCAN nesse nível e em todos

os estágios de desenvolvimento. Apesar dos valores pouco representativos, quando

comparado aos outros dois termos, os raros instantes em que foi observado algum valor

significante ele estava concentrado predominantemente na periferia do sistema, apresentava

sinal negativo e foi encontrado preferencialmente na fase inicial (Figura 20c).

52

4.2.2.3 Análise Vertical

Figuras dos perfis verticais médios para a região central dos VCAN nas três fases do

ciclo de vida do sistema foram usadas na análise vertical. Na grande maioria das imagens foi

observada uma forte intensificação negativa seguida por picos positivos do primeiro termo da

equação acima do nível de 100hPa (Figura 21a). Essa intensificação pode ser explicada pelo

maior esparsamento da troposfera acima desse nível, onde atinge seu menor valor de

temperatura seguido pelos níveis estratosféricos onde a temperatura começa a aumentar.

Também foi possível observar sensivelmente quando um vórtice se formava sobre o

oceano ou quando se formava sobre o continente e ainda o período da sua formação, ou seja,

vórtices que se iniciavam sobre o continente no período diurno apresentaram picos positivos

de DT/Dt nos níveis inferiores, já os que se formaram em períodos noturnos apresentaram

picos negativos de DT/Dt (Figura 21b e 21c).

(a) 20031212 18UTC (b) 20041208 06UTC (c) 20060103 18UTC Figura 21. Variação vertical dos termos da Eq. 2 [x10-5] em que 1, 2 e J/cp referem-se respectivamente aos termos da derivada material da temperatura, termo adiabático e termo diabático. (a) destaque para a intensificação negativa em níveis estratosféricos; (b) vórtice que se formou sobre o continente em período diurno e (c) vórtice que se formou sobre o continente em período noturno.

53

Na fase inicial em praticamente toda extensão vertical do VCAN o primeiro termo foi

dominante sobre o termo adiabático; assim, verticalmente o termo diabático também foi

fortemente influenciado pela variação total da temperatura. Houve uma tendência dos dois

primeiros termos apresentarem sinais contrários na camada vertical na fase inicial (Figura

22a). Ainda para essa fase, cada VCAN apresentou características próprias dificultando a

localização do vórtice e o estabelecimento de características gerais para o sistema.

Na fase intermediária os termos da equação se comportaram de maneira mais estável.

O termo adiabático exerceu uma grande participação no balanço exatamente na região do

VCAN chegando por vezes a ser maior do que o primeiro termo (Figura 22b). Na fase final os

valores do primeiro termo apresentaram grande oscilação, porém foram predominantemente

positivos nos níveis de atuação do vórtice. Nessa fase os valores do termo adiabático voltaram

a ser menores.

(a) 20040114 18UTC

(b) 20040220 12UTC

Figura 22. Variação vertical dos termos da Eq. 2 [x10-5] em que 1, 2 e J/cp referem-se respectivamente aos termos da derivada material da temperatura, termo adiabático e termo diabático. (a) destaque para a tendência entre os termos 1 e 2 em apresentarem sinais contrários em toda camada vertical e (b) destaque para os valores mais expressivos do termo 2 no nível de atuação do VCAN (200-500hPa).

54

4.4 Trajetória

A trajetória dos sistemas foi traçada ponto a ponto para cada um dos horários sinóticos

tendo como base o ponto central do vórtice identificado pelo rastreamento. Na classificação

da direção predominante para o rastreamento foi levado em consideração a primeira e a última

posição e depois o conjunto de posições intermediárias. Dessa forma, quanto a sua trajetória

os VCAN foram classificados em sete subtipos distintos de acordo com a direção

predominante do seu deslocamento da seguinte maneira: estacionários (3), norte (8), sul (7),

oeste (10), leste (4), anti-horário (18) e misto (7).

Como as nomenclaturas sugerem os vórtices chamados pelos nomes das quatro

direções principais mostraram deslocamentos primordiais nessas respectivas direções; os

VCAN anti-horários e estacionários foram os vórtices que se deslocaram no sentido anti-

horário e os que apresentaram pouco ou nenhum deslocamento respectivamente; e os VCAN

mistos foram aqueles que apresentaram deslocamento em várias direções sendo impossível

determinar um sentido preferencial. O saldo do rastreamento comprovou os resultados de Gan

(1982) os quais apontavam como tendência dos VCAN as rotas no sentido anti-horário

(Figura 23).

20050119 12UTC 20050126 12UTC 20061222 12UTC 20071212 12UTC 20080108 12UTC Figura 23. Exemplo de deslocamento anti-horário dos VCAN. O circulo maior e aberto representa a primeira posição do sistema, cada posição foi registrada nos respectivos horários sinóticos.

55

4.5 Nebulosidade

Uma tentativa de se confirmar o padrão de nebulosidade característico dos VCAN

também foi feita nesse trabalho. Todos os vórtices reavaliados foram verificados ao longo de

todo o período de duração quanto a sua presença nas imagens de satélite. As imagens em que

melhor se verificou a presença dos VCAN foram as imagens no canal vapor d’água

(Coutinho, 2008) devido a presença do movimento subsidente o que acarreta num centro seco

quando comparado à periferia do sistema. No entanto, só se dispunham de imagens no vapor

d’água a partir de dezembro de 2005, nos meses anteriores a confirmação da presença do

sistema e da sua nebulosidade foi feita com imagens no canal infravermelho.

Através das análises um total de quarenta vórtices foram confirmados. Dos 17 casos

restantes, treze deles estavam dentro daquele período em que não se dispunham das imagens

no canal vapor d’água. Os outros quatro vórtices não confirmados nas imagens de satélite

foram VCAN de curta duração, todos com um tempo de observação inferior a quinze instantes

(aproximadamente quatro dias).

A Figura 24 mostra um exemplo de um VCAN com uma relativa distância dos demais

sistemas sinóticos, tendo sido claramente observado nas imagens do canal vapor d’água

devido a depressão seca no seu centro (Figura 24a), no entanto sua identificação se torna

difícil no canal infravermelho onde foi constatada ausência de nebulosidade (Figura 24b).

56

(a) 20080109 00UTC WV

(b) 20080109 00UTC IR

Figura 24. Fragmentos de imagens de satélite GOES e Meteosat (a) no canal vapor d’água com ênfase nos demais sistemas interagindo com o VCAN e (b) no canal infravermelho demonstrando ausência de nebulosidade associada ao VCAN. Fonte: CPTEC/INPE.

Em praticamente todos os vórtices confirmados pelas imagens de satélite a

nebulosidade do VCAN aparecia sempre em conjunto a outro sistema de escala sinótica

(ZCIT ou sistema frontal) e/ou também com uma banda de nuvens sobre o continente. A

Figura 25 mostra uma seqüência de imagens para dois VCAN, o primeiro com ausência de

nebulosidade tendo sido observado apenas pelas imagens no vapor d’água e o segundo no

canal infravermelho com presença de nebulosidade e interagindo seguidamente com dois

sistemas frontais na costa sudoeste do Brasil.

20080109 12UTC

10 12UTC

11 12UTC

12 12UTC

13 12UTC

continua

57

conclusão

20070222 18UTC

23 00UTC

24 09UTC

25 00UTC

25 09UTC

Figura 25 – Fragmentos de imagens dos satélites GOES e Meteosat. O mosaico superior contém imagens no canal vapor d’água e evidência a presença de um VCAN na costa sudeste do NEB. A seqüência de imagens inferior mostra figuras nos canal infravermelho enfatizando um VCAN interagindo com um sistema frontal nas proximidades da costa da região sudeste do Brasil. Fonte: CPTEC/INPE.

58

5 Conclusões e Sugestões para Trabalhos Futuros

O método objetivo de rastreamento do movimento ciclônico usado nesse trabalho

mostrou-se eficiente alcançando um índice de aproveitamento na detecção dos VCAN

superior a 60%. Dois dos três problemas principais encontrados pelo método e apontados

nesse trabalho (centro muito grande e grandes saltos) podem ser corrigidos por um dos

próprios parâmetros de entrada do algoritmo que é o raio de alcance entre dois pontos

consecutivos. Devido esse fato, o índice de acerto do algoritmo poderia ter sido maior o que o

torna uma ferramenta promissora.

O terceiro problema no rastreamento, VCAN que se enfraquecem e deixam de

apresentar circulação ciclônica fechada no seu centro, mas em seguida voltam a se intensificar

continuando sua existência, pode ser contornado com a implementação de funções e sub-

rotinas que reconheçam esse padrão.

Comparando o ponto central dos VCAN rastreados com o campo de linha de corrente,

todos os pontos centrais, sem exceções, representaram fielmente o interior do vórtice, mesmo

quando a função que selecionava o centro com maior vorticidade ciclônica atuava.

O maior número de casos de VCAN registrados num verão esteve relacionado com a

presença de um evento El Niño considerado moderado. Esse fato corrobora perfeitamente

com os resultados de Ramirez (1996) que apontavam para uma maior ocorrência de VCAN

nos anos de El Niño, apesar desse não ser o enfoque principal do trabalho esse padrão foi

verificado.

As anomalias de vorticidade ciclônica na análise vertical calculadas para o centro do

VCAN e observadas acima do vórtice no primeiro instante de sua formação, o que poderia

indicar um possível caso de intrusão de vorticidade, foram observadas em treze vórtices,

porém não foi constatada interação entre esses sistemas que pudesse explicar uma indução na

59

formação das baixas frias devido aos eventos de intrusão como sugerido por Barbosa (2006).

Contudo, os instantes que precederam a formação do vórtice, chamados por Mishra, Rao e

Franchito (2007) de período pré-vortice, em que os eventos de intrusão seriam mais

facilmente identificados, não foram levados em consideração.

Ainda através das anomalias de vorticidade relativa no interior dos VCAN e em toda a

camada vertical foi constatado que a grande maioria dos vórtices permaneceu confinada nos

altos níveis com trinta e um casos de VCAN que alcançaram no máximo o nível de 400hPa,

doze casos alcançaram o nível de 500hPa e onze casos ultrapassaram 500hPa tendo o vórtice

que atingiu o nível mais baixo se estendido até 850hPa.

Foi percebida uma clara distinção entre os VCAN que apresentaram pouco tempo de

vida e os VCAN duradouros. As características gerais dos vórtices, como nebulosidade

associada, domínio dos termos específicos do balanço das equações e sua estrutura

tridimensional foram mais facilmente detectadas nos casos duradouros.

Das análises do balanço de vorticidade ao longo do ciclo de vida dos VCAN no nível

de 200hPa foi observada uma maior atuação do termo da divergência nos estágios inicial e de

maturação. Já na fase de dissipação o termo da derivada material da vorticidade absoluta e o

termo da divergência foram igualmente importantes. O domínio do termo da divergência nas

duas primeiras fases do VCAN parece ser obvio tendo em vista que esse é o único termo

responsável por criar vorticidade, já que o termo de estiramento é anulado em coordenadas

isobáricas.

Os campos de divergência do vento horizontal revelaram que nos instantes iniciais e

na fase intermediária o sistema geralmente se mostrou conectado ao escoamento da sua parte

sul, enquanto que na fase de decaimento essa conexão não foi observada. Os pares de núcleos

com sinais contrários do primeiro termo da equação da vorticidade que apareceram

60

comumente circundando o centro dos VCAN podem evidenciar uma tendência do vórtice em

tentar equilibrar os processos de manutenção.

A concentração predominante dos valores negativos ao longo da periferia nos instantes

iniciais e valores positivos no centro nos instantes finais sugerem que durante a fase de

desenvolvimento o vórtice receba uma influencia maior da sua parte periférica e na fase de

dissipação o processo se inicie a partir do seu núcleo.

Na análise vertical observou-se que na fase inicial o principal responsável pelo resíduo

foi o termo da divergência, com participação, ainda que discreta do termo de inclinação. Na

fase madura os vórtices ainda apresentaram intensificação máxima no nível em que foram

formados. A freqüente supressão do primeiro termo abaixo dos níveis de máxima intensidade

do vórtice observada na fase de dissipação pode indicar o enfraquecimento do vórtice a partir

do ponto médio do seu eixo central, o que concorda com os resultados da análise espacial.

Foi confirmado movimento vertical médio subsidente no centro dos VCAN e

movimentos esporádicos ascendentes na periferia do vórtice dependendo de diversos fatores,

como por exemplo, fase do seu ciclo de vida e a presença de interação com outros sistemas.

Na fase final do vórtice foi observada também uma tendência em destruir a configuração de

circulação característica dos vórtices.

Os valores médios do termo da variação total da temperatura da equação da

termodinâmica para o centro do VCAN mostraram predominantemente valores de

intensificação nas fases iniciais e intermediárias (como esperado) e supressão no estágio de

dissipação. Valores negativos do segundo termo foram dominantes em todas as fases do

vórtice indicando uma constante expansão ao longo da vida do sistema.

A distribuição espacial de temperatura e altura geopotencial no nível de 200hPa

indicaram a forte ligação do vórtice com a entrada de ar frio associada a manutenção do

sistema. Na fase inicial essa entrada de ar frio se deu preferencialmente pelo setor sul do

61

VCAN, posteriormente invasões de ar frio foram identificadas também vindas do setor

norte/nordeste do VCAN. A entrada de ar frio no centro do sistema manteve uma relação

direta com seu tempo de duração, ou seja, vórtices que apresentaram essa invasão tenderam a

durar mais.

A intensificação no centro dos VCAN constatada nas secções temporais foi

perceptível também na distribuição espacial do termo de variação total da temperatura da

equação da termodinâmica no fase inicial. Na fase seguinte, devido a estabilização do

desenvolvimento dos vórtices foram freqüentes o aparecimento de pares de núcleos com

sinais contrários como uma característica que pode indicar que o sistema tenha alcançado seu

equilíbrio energético. O termo adiabático apresentou valores negativos mais fortes nas regiões

periféricas e na fase inicial, ou seja, foi notada uma expansão pelas bordas do VCAN.

O comportamento vertical dos termos da equação da termodinâmica foi inverso para

as fases iniciais e intermediária. No estágio inicial foi observado o prevalecimento da

expansão vertical (termo adiabático negativo) e intensificação do sistema (termo da variação

total da temperatura positivo). Já na fase madura e começo da fase de dissipação o VCAN

apresentou tendência maior a compressão vertical (termo adiabático positivo) e supressão

(termo variação total da temperatura negativo).

Como proposto por Gan (1982) o deslocamento dos VCAN se dá preferencialmente no

sentido anti-horário e também por vórtices que se formam sobre o oceano e se deslocam para

o continente, ou seja, na direção oeste.

A nebulosidade associada ao sistema em sua grande maioria mostrou-se intimamente

dependente da presença de outros sistemas, não tendo sido evidenciado nebulosidade

significante nos casos de VCAN isolados. Essa característica pode indicar uma possível

propriedade dos vórtices em apenas redistribuir ou reorganizar uma nebulosidade já pré-

existente.

62

Tendo em vista os resultados promissores da ferramenta de rastreamento dos vórtices e

a crescente resolução temporal e espacial dos diversos modelos de previsão de tempo sugere-

se para trabalhos futuros:

1. A implementação no algoritmo rastreador de funções e sub-rotinas responsáveis por

captar o padrão de enfraquecimento e intensificação dos vórtices minimizando o

terceiro problema encontrado pelo algoritmo nesse trabalho.

2. Testar a ferramenta de rastreamento em períodos maiores e em outros sistemas

ciclônicos como, por exemplo, os ciclones na superfície e comparar seus resultados a

outras ferramentas de rastreamento.

3. Aplicar o balanço de vorticidade em altos níveis utilizando uma relação de dados com

maior resolução espacial de temporal na tentativa de captar os padrões dos processos

de subgrade que ainda são apontados como os grandes responsáveis pelo resíduo da

equação. Também aplicar o balanço em altos níveis sem descartar o termo de fricção

afim de avaliar sua relação com a tropopausa.

4. Utilizar dados de satélite com maior resolução sobre os VCAN identificando os

momentos de contribuição do termo diabático da equação da termodinâmica quando

da intensificação da nebulosidade na periferia do sistema e o crescimento/surgimento

dos grandes cumulus responsáveis pelo aquecimento da periferia do vórtice.

63

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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68

APÊNDICE A Tabela 6 - Tabela com as posições (latitude e longitude), vorticidade relativa, vorticidade planetária e vorticidade absoluta para cada um dos centros dos VCAN rastreados. A primeira linha de cada vórtice mostra o instante da sua primeira posição e o tempo de duração em horas do referido VCAN.

2003/2004

2003120100 90

1 0.0 -42.0 -0.107E-4 0.000E+0 -0.107E-4

2 -3.0 -44.0 -0.122E-3 -0.760E-5 -0.130E-3

3 -3.0 -45.0 -0.103E-3 -0.760E-5 -0.110E-3

4 -3.0 -43.0 -0.101E-3 -0.760E-5 -0.109E-3

5 -2.0 -44.0 -0.890E-4 -0.507E-5 -0.941E-4

6 -1.0 -45.0 -0.116E-3 -0.253E-5 -0.119E-3

7 0.0 -45.0 -0.116E-3 0.000E+0 -0.116E-3

8 -1.0 -43.0 -0.116E-3 -0.253E-5 -0.119E-3

9 -1.0 -43.0 -0.908E-4 -0.253E-5 -0.933E-4

10 -2.0 -44.0 -0.953E-4 -0.507E-5 -0.100E-3

11 -2.0 -44.0 -0.104E-3 -0.507E-5 -0.109E-3

12 -2.0 -44.0 -0.120E-3 -0.507E-5 -0.125E-3

13 -2.0 -45.0 -0.131E-3 -0.507E-5 -0.136E-3

14 -3.0 -44.0 -0.144E-3 -0.760e-5 -0.151E-3

15 -2.0 -46.0 -0.124E-3 -0.507E-5 -0.129E-3

16 -2.0 -48.0 -0.935E-4 -0.507E-5 -0.986E-4

2003120506 180

1 -7.0 -17.0 -0.728E-4 -0.177E-4 -0.905E-4

2 -5.0 -17.0 -0.842E-4 -0.126E-4 -0.969E-4

3 -5.0 -17.0 -0.847E-4 -0.126E-4 -0.973E-4

4 -6.0 -18.0 -0.766E-4 -0.151E-4 -0.918E-4

5 -7.0 -18.0 -0.812E-4 -0.177E-4 -0.989E-4

6 -7.0 -20.0 -0.847E-4 -0.177E-4 -0.102E-3

7 -7.0 -21.0 -0.893E-4 -0.177E-4 -0.107E-3

8 -7.0 -22.0 -0.757E-4 -0.177E-4 -0.935E-4

9 -7.0 -24.0 -0.563E-4 -0.177E-4 -0.741E-4

10 -5.0 -24.0 posição corrigida



13 -4.0 -30.0 -0.796E-4 -0.101E-4 -0.891E-4

14 -4.0 -32.0 -0.103E-3 -0.101E-4 -0.113E-3

15 -5.0 -31.0 -0.734E-4 -0.126E-4 -0.860E-4

16 -5.0 -33.0 -0.819E-4 -0.126E-4 -0.946E-4

17 -6.0 -32.0 -0.120E-3 -0.151E-4 -0.136E-3

18 -4.0 -34.0 -0.115E-3 -0.101E-4 -0.125E-3

19 -4.0 -35.0 -0.101E-3 -0.101E-4 -0.111E-3

20 -3.0 -38.0 -0.962E-4 -0.760E-5 -0.103E-3

continua

continuação

21 -3.0 -40.0 -0.972E-4 -0.760E-5 -0.104E-3

22 -4.0 -41.0 -0.112E-3 -0.101E-4 -0.122E-3

23 -3.0 -43.0 -0.999E-4 -0.760E-5 -0.107E-3

24 -5.0 -43.0 -0.134E-3 -0.126E-4 -0.147E-3

25 -5.0 -45.0 -0.118E-3 -0.126E-4 -0.130E-3

26 -6.0 -45.0 -0.129E-3 -0.151E-4 -0.144E-3

27 -6.0 -46.0 -0.102E-3 -0.151E-4 -0.117E-3

28 -8.0 -46.0 -0.117E-3 -0.202E-4 -0.137E-3

29 -7.0 -47.0 -0.109E-3 -0.177E-4 -0.127E-3

30 -8.0 -48.0 -0.123E-3 -0.202E-4 -0.144E-3

31 -6.0 -50.0 -0.104E-3 -0.151E-4 -0.119E-3

2003121218 54

1 -13.0 -19.0 -0.971E-4 -0.327E-4 -0.129E-3

2 -12.0 -20.0 -0.106E-3 -0.302E-4 -0.136E-3

3 -12.0 -20.0 -0.968E-4 -0.302E-4 -0.127E-3

4 -13.0 -20.0 -0.963E-4 -0.327E-4 -0.129E-3

5 -13.0 -20.0 -0.913E-4 -0.327E-4 -0.124E-3

6 -14.0 -20.0 -0.856E-4 -0.351E-4 -0.120E-3

7 -15.0 -20.0 -0.954E-4 -0.376E-4 -0.133E-3

8 -16.0 -20.0 -0.105E-3 -0.400E-4 -0.145E-3

9 -16.0 -21.0 -0.828E-4 -0.400E-4 -0.122E-3

10 -17.0 -22.0 -0.958E-4 -0.425E-4 -0.130E-3

2003121418 138

1 -10.0 -30.0 -0.488E-4 -0.252E-4 -0.740E-4

2 -9.0 -32.0 -0.587E-4 -0.227E-4 -0.814E-4

3 -7.0 -34.0 -0.843E-4 -0.177E-4 -0.102E-3

4 -7.0 -36.0 -0.920E-4 -0.177E-4 -0.109E-3

5 -7.0 -36.0 -0.101E-3 -0.177E-4 -0.119E-3

6 -7.0 -36.0 -0.102E-3 -0.177E-4 -0.120E-3

7 -6.0 -38.0 -0.108E-3 -0.151E-4 -0.124E-3

8 -6.0 -39.0 -0.117E-3 -0.151E-4 -0.132E-3

9 -5.0 -40.0 -0.108E-3 -0.126E-4 -0.121E-3

10 -5.0 -40.0 -0.914E-4 -0.126E-4 -0.104E-3

11 -5.0 -41.0 -0.981E-4 -0.126E-4 -0.110E-3

12 -6.0 -41.0 -0.986E-4 -0.151E-4 -0.113E-3

13 -7.0 -42.0 -0.987E-4 -0.177E-4 -0.116E-3

14 -7.0 -41.0 -0.883E-4 -0.177E-4 -0.106E-3

15 -7.0 -43.0 -0.811E-4 -0.177E-4 -0.988E-4

continua

69

continuação

16 -7.0 -44.0 -0.748E-4 -0.177E-4 -0.925E-4

17 -8.0 -44.0 -0.948E-4 -0.202E-4 -0.115E-3

18 -8.0 -43.0 -0.902E-4 -0.202E-4 -0.110E-3

19 -8.0 -42.0 -0.540E-4 -0.202E-4 -0.743E-4

20 -7.0 -41.0 -0.603E-4 -0.177E-4 -0.780E-4

21 -6.0 -42.0 -0.932E-4 -0.151E-4 -0.108E-3

22 -6.0 -42.0 -0.805E-4 -0.151E-4 -0.957E-4

23 -7.0 -40.0 -0.720E-4 -0.177E-4 -0.898E-4

24 -8.0 -36.0 -0.871E-4 -0.202E-4 -0.107E-3

2003122312 108

1 -9.0 -25.0 -0.723E-4 -0.227E-4 -0.950E-4

2 -10.0 -23.0 -0.769E-4 -0.252E-4 -0.102E-3

3 -12.0 -24.0 -0.338E-4 -0.302E-4 -0.640E-4

4 -13.0 -22.0 -0.262E-4 -0.327E-4 -0.589E-4

5 -12.0 -21.0 -0.547E-4 -0.302E-4 -0.849E-4

6 -12.0 -21.0 -0.569E-4 -0.302E-4 -0.872E-4

7 -12.0 -20.0 -0.723E-4 -0.302E-4 -0.102E-3

8 -12.0 -22.0 -0.510E-4 -0.302E-4 -0.813E-4

9 -12.0 -21.0 -0.746E-4 -0.302E-4 -0.104E-3

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2003123100 72




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2004010218 90

continua

continuação

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continua

70

continuação

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continua

continuação

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continua

71

continuação

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2004/2005

2004120806 78




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2004121106 78






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2004121818 198

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continua

72

continuação

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continua

continuação

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continua

73

continuação

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2005011912 108






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continua

continuação

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continua

74

continuação

32 -13.0 -36.0 -0.148E-3 -0.327E-4 -0.181E-3

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2005020406 72


2 -5.0 3.0 posição corrigida

3 -5.0 4.0 posição corrigida

4 -5.0 5.0 -0.346E-4 -0.126E-4 -0.473E-4

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continua

conclusão

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2005022618 48

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2005/2006

2005120700 312



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continua

75

continuação

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continua

continuação

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2005122118 90







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2006010318 102

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continua

76

conclusão

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2006010600 66

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12 -3.0 -17.0 -0.454E-4 -0.760E-5 -0.530E-4

2006010806 48

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2006/2007

2006120100 198




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8 -7.0 -36.0 -0.210E-3 -0.177E-4 -0.227E-3

continua

continuação

9 -7.0 -37.0 -0.210E-3 -0.177E-4 -0.228E-3

10 -8.0 -37.0 -0.195E-3 -0.202E-4 -0.215E-3

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18 -8.0 -42.0 -0.179E-3 -0.202E-4 -0.199E-3

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20 -2.0 -46.0 -0.193E-3 -0.507E-5 -0.198E-3

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22 -1.0 -48.0 -0.153E-3 -0.253E-5 -0.155E-3

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24 -1.0 -47.0 -0.143E-3 -0.253E-5 -0.145E-3

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2006120912 120










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77

continuação




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continua

continuação

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continua

78

continuação

2007010218 90

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continua

continuação

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continua

79

continuação

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continua

continuação


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2007020106 138

continua

80

continuação

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continua

continuação

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2007022012 198






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continua

81

conclusão

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2007121006 54

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continua

continuação

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2007121212 102

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2007122118 288






6 -11.0 -21.0 -0.730E-4 -0.277E-4 -0.100E-3

7 -12.0 -22.0 -0.820E-4 -0.302E-4 -0.112E-3

8 -12.0 -24.0 -0.100E-3 -0.302E-4 -0.130E-3

9 -12.0 -24.0 -0.100E-3 -0.302E-4 -0.131E-3

10 -13.0 -26.0 -0.934E-4 -0.327E-4 -0.126E-3

11 -14.0 -29.0 -0.906E-4 -0.351E-4 -0.125E-3

12 -13.0 -31.0 -0.549E-4 -0.327E-4 -0.876E-4

13 -14.0 -31.0 -0.801E-4 -0.351E-4 -0.115E-3

14 -14.0 -31.0 -0.840E-4 -0.351E-4 -0.119E-3

15 -15.0 -32.0 -0.727E-4 -0.376E-4 -0.110E-3

16 -14.0 -33.0 -0.684E-4 -0.351E-4 -0.103E-3

continua

82

continuação

17 -17.0 -35.0 -0.816E-4 -0.425E-4 -0.124E-3

18 -19.0 -35.0 -0.866E-4 -0.473E-4 -0.134E-3

19 -19.0 -35.0 -0.100E-3 -0.473E-4 -0.147E-3

20 -17.0 -35.0 -0.981E-4 -0.425E-4 -0.140E-3

21 -18.0 -37.0 -0.101E-3 -0.449E-4 -0.146E-3

22 -18.0 -36.0 -0.118E-3 -0.449E-4 -0.163E-3

23 -19.0 -36.0 -0.815E-4 -0.473E-4 -0.128E-3

24 -18.0 -36.0 -0.922E-4 -0.449E-4 -0.137E-3

25 -19.0 -37.0 -0.784E-4 -0.473E-4 -0.125E-3

26 -20.0 -37.0 -0.814E-4 -0.497E-4 -0.131E-3










36 -14.0 -46.0 -0.684E-4 -0.351E-4 -0.103E-3

37 -14.0 -48.0 -0.762E-4 -0.351E-4 -0.111E-3

38 -14.0 -45.0 -0.718E-4 -0.351E-4 -0.107E-3

39 -13.0 -45.0 -0.728E-4 -0.327E-4 -0.105E-3

40 -12.0 -47.0 -0.861E-4 -0.302E-4 -0.116E-3

41 -14.0 -47.0 -0.604E-4 -0.351E-4 -0.956E-4

42 -14.0 -44.0 -0.889E-4 -0.351E-4 -0.124E-3

43 -15.0 -43.0 -0.957E-4 -0.376E-4 -0.133E-3

44 -14.0 -44.0 -0.651E-4 -0.351E-4 -0.100E-3

45 -11.0 -47.0 -0.955E-4 -0.277E-4 -0.123E-3





2008010812 168

1 -16.0 -19.0 -0.986E-4 -0.400E-4 -0.138E-3

2 -16.0 -19.0 -0.986E-4 -0.400E-4 -0.138E-3

3 -16.0 -19.0 -0.993E-4 -0.400E-4 -0.139E-3

4 -14.0 -20.0 -0.102E-3 -0.351E-4 -0.137E-3

5 -14.0 -21.0 -0.140E-3 -0.351E-4 -0.175E-3

6 -14.0 -21.0 -0.119E-3 -0.351E-4 -0.154E-3

7 -13.0 -22.0 -0.160E-3 -0.327E-4 -0.193E-3

8 -13.0 -22.0 -0.167E-3 -0.327E-4 -0.199E-3

9 -13.0 -23.0 -0.151E-3 -0.327E-4 -0.183E-3

10 -13.0 -23.0 -0.116E-3 -0.327E-4 -0.148E-3

11 -14.0 -24.0 -0.126E-3 -0.351E-4 -0.162E-3

continua

continuação

12 -15.0 -24.0 -0.140E-3 -0.376E-4 -0.177E-3

13 -15.0 -26.0 -0.118E-3 -0.376E-4 -0.156E-3

14 -15.0 -26.0 -0.114E-3 -0.376E-4 -0.151E-3

15 -15.0 -28.0 -0.132E-3 -0.376E-4 -0.170E-3

16 -16.0 -29.0 -0.129E-3 -0.400E-4 -0.169E-3

17 -15.0 -29.0 -0.137E-3 -0.376E-4 -0.175E-3

18 -15.0 -30.0 -0.136E-3 -0.376E-4 -0.174E-3

19 -16.0 -29.0 -0.135E-3 -0.400E-4 -0.175E-3

20 -16.0 -30.0 -0.131E-3 -0.400E-4 -0.171E-3

21 -16.0 -33.0 -0.131E-3 -0.400E-4 -0.171E-3









2008011918 126














14 -5.0 -37.0 -0.915E-4 -0.126E-4 -0.104E-3

15 -8.0 -36.0 -0.815E-4 -0.202E-4 -0.101E-3

16 -7.0 -37.0 -0.122E-3 -0.177E-4 -0.140E-3

17 -6.0 -37.0 -0.138E-3 -0.151E-4 -0.153E-3

18 -6.0 -37.0 -0.140E-3 -0.151E-4 -0.155E-3

19 -6.0 -37.0 -0.100E-3 -0.151E-4 -0.115E-3

20 -5.0 -38.0 -0.135E-3 -0.126E-4 -0.148E-3

21 -5.0 -37.0 -0.878E-4 -0.126E-4 -0.100E-3

22 -5.0 -36.0 -0.104E-3 -0.126E-4 -0.117E-3

2008012612 300

1 -9.0 -31.0 -0.429E-4 -0.227E-4 -0.656E-4

2 -8.0 -31.0 -0.999E-4 -0.202E-4 -0.120E-3

3 -8.0 -32.0 -0.124E-3 -0.202E-4 -0.145E-3

continua

83

continuação

4 -10.0 -31.0 -0.115E-3 -0.252E-4 -0.140E-3

5 -9.0 -31.0 -0.167E-3 -0.227E-4 -0.190E-3

6 -6.0 -32.0 -0.160E-3 -0.151E-4 -0.176E-3

7 -6.0 -33.0 -0.153E-3 -0.151E-4 -0.168E-3

8 -7.0 -33.0 -0.128E-3 -0.177E-4 -0.146E-3

9 -6.0 -32.0 -0.929E-4 -0.151E-4 -0.108E-3

10 -5.0 -32.0 -0.120E-3 -0.126E-4 -0.133E-3

11 -5.0 -32.0 -0.118E-3 -0.126E-4 -0.131E-3

12 -6.0 -31.0 -0.802E-4 -0.151E-4 -0.954E-4

13 -6.0 -31.0 -0.100E-3 -0.151E-4 -0.116E-3

14 -7.0 -31.0 -0.104E-3 -0.177E-4 -0.122E-3

15 -7.0 -31.0 -0.953E-4 -0.177E-4 -0.113E-3

16 -8.0 -28.0 -0.343E-4 -0.202E-4 -0.545E-4

17 -7.0 -28.0 -0.421E-4 -0.302E-4 -0.723E-4

18 -5.0 -29.0 -0.128E-3 -0.126E-4 -0.141E-3

19 -7.0 -27.0 -0.835E-4 -0.177E-4 -0.101E-3

20 -6.0 -27.0 -0.893E-4 -0.151E-4 -0.104E-3

21 -5.0 -28.0 -0.105E-3 -0.126E-4 -0.118E-3

22 -4.0 -27.0 -0.149E-3 -0.101E-4 -0.159E-3

23 -4.0 -27.0 -0.128E-3 -0.101E-4 -0.139E-3

24 -3.0 -28.0 -0.155E-3 -0.760E-5 -0.162E-3

25 -3.0 -28.0 -0.133E-3 -0.760E-5 -0.141E-3

26 -1.0 -27.0 -0.154E-3 -0.253E-5 -0.157E-3

27 -1.0 -28.0 -0.201E-3 -0.253E-5 -0.204E-3

28 -2.0 -30.0 -0.202E-3 -0.507E-5 -0.207E-3

29 -1.0 -30.0 -0.144E-3 -0.253E-5 -0.146E-3

30 -2.0 -31.0 -0.124E-3 -0.507E-5 -0.129E-3

31 -1.0 -34.0 -0.105E-3 -0.253E-5 -0.107E-3

32 1.0 -34.0 -0.746E-4 0.253E-5 -0.721E-4

33 1.0 -35.0 -0.746E-4 0.253E-5 -0.721E-4










43 -1.0 -42.0 -0.674E-4 -0.253E-5 -0.700E-4

44 -4.0 -44.0 -0.544E-4 -0.101E-4 -0.646E-4

45 -5.0 -42.0 -0.653E-4 -0.126E-4 -0.780E-4

46 -3.0 -43.0 -0.760E-4 -0.760E-5 -0.836E-4

47 -3.0 -41.0 -0.305E-4 -0.760E-5 -0.382E-4

48 -1.0 -39.0 -0.652E-4 -0.253E-5 -0.677E-4

continua

conclusão

49 -1.0 -39.0 -0.620E-4 -0.253E-5 -0.646E-4

50 -1.0 -39.0 -0.553E-4 -0.253E-5 -0.578E-4

51 -2.0 -42.0 -0.350E-4 -0.507E-5 -0.401E-4

2008021118 138

1 -24.0 -21.0 -0.177E-3 -0.591E-4 -0.236E-3

2 -24.0 -22.0 -0.195E-3 -0.591E-4 -0.254E-3

3 -25.0 -22.0 -0.204E-3 -0.614E-4 -0.266E-3

4 -23.0 -23.0 -0.217E-3 -0.568E-4 -0.274E-3

5 -24.0 -22.0 -0.251E-3 -0.591E-4 -0.310E-3

6 -22.0 -22.0 -0.289E-3 -0.544E-4 -0.343E-3

7 -23.0 -21.0 -0.296E-3 -0.568E-4 -0.352E-3

8 -22.0 -21.0 -0.321E-3 -0.544E-4 -0.376E-3

9 -21.0 -20.0 -0.307E-3 -0.521E-4 -0.359E-3

10 -20.0 -20.0 -0.302E-3 -0.497E-4 -0.352E-3

11 -19.0 -19.0 -0.307E-3 -0.473E-4 -0.355E-3

12 -19.0 -19.0 -0.269E-3 -0.473E-4 -0.317E-3

13 -19.0 -18.0 -0.288E-3 -0.473E-4 -0.336E-3

14 -19.0 -18.0 -0.252E-3 -0.473E-4 -0.299E-3

15 -19.0 -18.0 -0.212E-3 -0.473E-4 -0.259E-3

16 -19.0 -19.0 -0.199E-3 -0.473E-4 -0.247E-3

17 -19.0 -19.0 -0.204E-3 -0.473E-4 -0.251E-3

18 -18.0 -20.0 -0.204E-3 -0.449E-4 -0.249E-3

19 -19.0 -20.0 -0.181E-3 -0.473E-4 -0.228E-3

20 -21.0 -21.0 -0.190E-3 -0.521E-4 -0.242E-3

21 -22.0 -21.0 -0.190E-3 -0.544E-4 -0.244E-3

22 -22.0 -22.0 -0.173E-3 -0.544E-4 -0.227E-3

23 -23.0 -22.0 -0.186E-3 -0.568E-4 -0.243E-3

24 -25.0 -21.0 -0.190E-3 -0.614E-4 -0.252E-3

84

APÊNDICE B

Tabela 7 – Principais características verticais dos VCAN, como nível de máxima intensidade, extensão vertical e possível intrusão de vorticidade potencial (x10-4s-1).

NUMERO DATA INTRUSAO

VORTICIDADE INTENSIDADE

INTRUSAO EXTENSAO MAXIMA

NIVEL MAXIMA

INTENSIDADE 1 2003120100 NAO --- 500 - 50 200 2 2003120506 SIM 0.30 500 - 70 200 3 2003121218 SIM 0.30 350 - 100 200 4 2003121418 SIM 0.20 400 - 100 250 5 2003122312 SIM 0.20 350 - 100 250 6 2003123100 SIM 0.35 500 - 50 200 7 2004010218 SIM 0.20 400 - 70 200 8 2004011418 SIM 0.10 400 - 100 250 9 2004020518 NAO --- 400 - 70 200 10 2004021018 NAO --- 500 - 100 200 11 2004021812 NAO --- 500 - 100 250 12 2004021918 NAO --- 500 - 100 200 13 2004120806 NAO --- 400 - 50 200 14 2004121106 NAO --- 350 - 100 200 15 2004121818 NAO --- 550 - 70 200 16 2004122718 NAO --- 300 - 100 200 17 2005011112 NAO --- 400 - 70 200 18 2005011400 NAO --- 600 - 100 250 19 2005011612 NAO --- 500 - 70 200 20 2005011912 NAO --- 500 - 70 200 21 2005012612 NAO --- 550 - 50 250 22 2005020406 SIM 0.15 400 - 50 200 23 2005021006 NAO --- 700 - 70 250 24 2005021506 NAO --- 400 - 100 200 25 2005022118 NAO --- 350 - 100 200 26 2005022618 NAO --- 350 - 70 200 27 2005120700 NAO --- 350 - 70 200 28 2005122118 NAO --- 350 - 70 200 29 2005122212 NAO --- 300 - 100 200 30 2006010318 NAO --- 500 - 100 200 31 2006010600 SIM 0.15 400 - 100 250 32 2006010806 SIM 0.40 300 - 70 200 33 2006120100 NAO --- 350 - 100 200 34 2006120912 NAO --- 250 - 70 100 35 2006121800 NAO --- 850 - 70 200

continua

85

conclusão

NUMERO DATA INTRUSAO

VORTICIDADE INTENSIDADE

INTRUSAO EXTENSAO MAXIMA

NIVEL MAXIMA

INTENSIDADE 36 2006122106 SIM 0.20 400 - 100 200 37 2006122218 NAO --- 400 - 70 200 38 2006122512 SIM 0.20 400 - 70 200 39 2007010218 NAO --- 400 - 50 200 40 2007010706 NAO --- 400 - 70 200 41 2007011300 NAO --- 350 - 20 150 42 2007011518 NAO --- 400 - 70 200 43 2007011900 NAO --- 500 - 100 250 44 2007012112 NAO --- 550 - 150 250 45 2007020106 NAO --- 600 - 50 250 46 2007021200 NAO --- 450 - 100 250 47 2007021706 NAO --- 700 - 70 200 48 2007022012 NAO --- 750 - 50 150 49 2007120318 NAO --- 500 - 70 200 50 2007120700 NAO --- 600 - 100 250 51 2007121006 NAO --- 350 - 70 150 52 2007121212 NAO --- 500 - 100 200 53 2007122118 NAO --- 400 - 70 200 54 2008010812 NAO --- 450 - 100 250 55 2008011918 NAO --- 300 - 100 200 56 2008012612 SIM 0.20 400 - 100 200 57 2008021118 NAO --- 800 - 70 250

Balanços de Vorticidade e Energia aplicados aos Vórtices ... · retirada fugindo do afogamento,...

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