estudo da variaÇÃo temporal da estrutura … · planeta. (adams et al., 2009 ... convectiva...

ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA). i

ROMERO THIAGO S. WANZELER ii

MARIA AURORA S. DA MOTA iii

(Universidade Federal do Pará)

Resumo: O seguinte trabalho foi realizado com dados obtidos da campanha do Projeto “Cloud

processes of tHe main precipitation systems in Brazil: a contribUtion to cloud resolVing

modeling and and to the GPM (GlobAl Precipitation Measurement)” – CHUVA, realizada na

cidade de Tomé Açú (PA), nos períodos de 06 a 09 e 20 a 26 de junho de 2011. O objetivo foi

descrever as séries temporais observadas durante esse período, a fim de verificar a variação

diurna e a estrutura média local dos parâmetros termodinâmicos, bem como analisar a

possível relação entre a estrutura termodinâmica local e a precipitação neste período. Os

dados utilizados foram de radiossondagens lançadas diariamente nos horários sinóticos das

00, 06, 12 e 18 UTC, e os dados de precipitação diária foram observados na estação

meteorológica de Tomé Açú (PA), administrada pelo Instituto Nacional de Meteorologia

(INMET). Os parâmetros termodinâmicos (ϴ, ϴe, Өes) foram calculados através das equações

propostas por Betts (1974) e modificadas por Bolton (1980), os regimes convectivos foram

analisados segundo as propostas de Betts (1974) e Aspliden (1976) e a avaliação das

condições de instabilidade da atmosfera foram determinadas pelo uso da Energia Potencial

Disponível para Convecção (CAPE). Através das classificações dos regimes convectivos,

verificou-se que a atmosfera local apresentava variações de acordo com a atividade

convectiva, devido a mudança de estação chuvosa para menos chuvosa na região. Na maioria

dos dias, a CAPE apresentou valores elevados, logo, significando que a sua interação com

fatores dinâmicos pode ter provocado fortes chuvas durante esse período, mas também em

alguns dias, não foi suficiente para produzir convecção úmida. A água precipitável e a razão de

mistura apresentaram valores elevados, comprovando que havia grande disponibilidade de

vapor d’água para ocorrência de precipitação, que aconteceu em alguns dias do projeto,

quando houve essa interação entre mecanismos dinâmicos e termodinâmicos na atmosfera.

Logo, a precipitação local pode não ter sido causada apenas por efeitos termodinâmicos locais,

mas também pode ter havido contribuição de fatores dinâmicos de maior escala.

Palavras-chave: Amazônia, CAPE, convecção.

ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).

Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica

STUDY OF TEMPORAL VARIATION OF ATMOSPHERIC THERMODYNAMICS STRUCTURE

AND PRECIPITATION IN THE CITY OF TOMÉ AÇÚ (PA)

Abstract: The following work was carried out with data obtained from the campaign of the

Project "Cloud processes of tHe main precipitation systems in Brazil: a contribUtion to cloud

resolVing modeling and to the GPM (GlobAl Precipitation Measurement)" - CHUVA, realized in

the city of Tome Açu (PA), in the periods of 06 at 09 and from 20 at 26 June 2011. The

objective was to describe the temporal series observed during this period in order to verify

the diurnal variation and the average local structure of thermodynamic parameters, and

analyze the possible relationship between local thermodynamic structure and the

precipitation during this period. The data used were of radiosondes released daily in the

synoptic times of 00, 06, 12 and 18 UTC, and daily precipitation data were observed on

weather station of Tome Açu (PA), administered by National Institute of Meteorology

(INMET). The thermodynamic parameters (ϴ, ϴe and Өes) were calculated through the

equations proposed by Betts (1974) and modified by Bolton (1980), the convective systems

were analyzed according to the proposals of Betts (1974) and Aspliden (1976) and the

evaluation of atmosphere instability conditions were determined by using of Convective

Available Potential Energy (CAPE). Through the ratings of convective systems, the local

atmosphere showed variations according to the convective activity, due to change of the rainy

season for less rainy in the region. On most days, CAPE showed high values, so, meaning its

interaction with dynamic factors may have triggered heavy rains during this period, but also

in a few days, was not sufficient to produce moist convection. The precipitable water and the

mixing ratio showed high values, proving that there were large availability of water vapor for

occurrence of precipitation, which happened in some days of the project, when there was this

interaction between dynamic and thermodynamic mechanisms in the atmosphere. Thus,

thermodynamic effects local might not have been the only causer of precipitation, but may

also have been contribution of dynamic factors of greater scale.

Key-words: Amazonia, CAPE, convection.



INTRODUÇÃO:

A região tropical engloba a maior

porção da superfície da Terra e ocupa uma

localização privilegiada na dinâmica do clima

global. De acordo com Riehl (1973), nos

trópicos ocorrem as principais trocas de

energia que condicionam o clima da Terra e a

importância destas regiões no clima terrestre

justifica o grande número de estudos e

experimentos meteorológicos.

O fenômeno da convecção atmosférica

domina as condições de tempo e clima da

Amazônia. A convecção rasa e a convecção

profunda estão entre os principais

componentes do balanço de energia local.

Além disso, a convecção precipitante é

essencial no ramo atmosférico do ciclo

hidrológico, influência a dinâmica tropical de

grande escala e exerce um papel fundamental

no balanço de energia da circulação geral do

planeta. (ADAMS et al., 2009). A atividade

convectiva característica da bacia amazônica

tem um papel importante na determinação do

tempo e clima da região. Ou seja, a convecção

influencia os sistemas meteorológicos que

atuam na região, da mesma maneira que os

sistemas meteorológicos atuam para fortalecer

e/ou enfraquecer as atividades convectivas

(MOTA e NOBRE, 2006; MOTA et al.,

1994).

A região tropical, neste caso a

Amazônia, apresenta gradientes horizontais

de temperatura muito pequenos, onde os

perfis mudam lentamente com o tempo. No

entanto, a quantidade de umidade presente na

atmosfera tem variações bastante acentuadas

entre uma região com forte atividade

convectiva e outra com pouca ou nenhuma

nebulosidade cúmulos, devido movimentos

ascendentes do ar que resfriam e umedecem a

atmosfera, e situações com pouca atividade

convectiva, natural de movimentos

descendentes que aquecem e secam a

atmosfera (RIEHL et al., 1973; ANANIAS et

al., 2009). Desta forma, a estrutura

termodinâmica da atmosfera pode ser

determinada pelo tipo de convecção presente

(BETTS, 1974; RIBEIRO e MOTA, 1994),

pois a baixa troposfera geralmente se

apresenta mais fria em dias chuvosos que em

dias seco (RIEHL et al., 1973; BETTS, 1976).

Desta forma, a atividade convectiva local

afeta a profundidade inteira da troposfera e

serve para unir a camada limite com o resto

da atmosfera. Mota e Nobre (2006)

acrescentam que o estado termodinâmico e

dinâmico da circulação de escala maior (meso

e grande) é vital para o crescimento,

desenvolvimento e manutenção dessa

convecção.

Uma das maneiras de verificar a

possibilidade de ocorrer convecção e o seu

tipo de organização é fazer uma análise do

ambiente termodinâmico, a fim de identificar

a existência de instabilidade termodinâmica

na atmosfera da região de estudo. A avaliação

pode ser realizada por meio da análise de

parâmetros objetivos, conhecidos como

“índices de instabilidade”, utilizados como

ferramentas de auxílio à previsão do tempo,

tanto em latitudes médias, como tropicais

(SILVA DIAS, 2000; NASCIMENTO, 2005;

LIMA, 2005; SANTOS et al., 2014).

Williams e Rennó (1993) evidenciaram

que na região tropical a convecção profunda

se desenvolve em uma área muito pequena na

forma de células, logo, o método da parcela

pode ser empregado para avaliar a

instabilidade da atmosfera e a formação de

nuvens. Esse método deu origem aos

parâmetros termodinâmicos, como a Energia

Potencial Convectiva Disponível (CAPE) e os

índices de instabilidade. Estudos

observacionais realizados em outras regiões

do globo, sobre a importância das condições

termodinâmicas do ambiente e precipitação,

procuraram estabelecer um grau de



dependência entre as condições

termodinâmicas locais e a convecção

profunda, onde a teoria da Energia Potencial

Convectiva Disponível (CAPE) é considerada

como a condição local e a precipitação como

a atividade convectiva profunda (SOUZA et

al., 2013). Deste modo, os estudos mostraram

que existe relação entre as condições

termodinâmicas do meio ambiente e a

precipitação, ou seja, a taxa de precipitação

varia com a mudança da CAPE (ZAWADZKI

e RO, 1978; ZHANG e CHOU, 1999).

Contudo, outros fatores como cisalhamento

do vento e umidade relativa do ar são também

importantes para a formação da precipitação,

(YAO e DELGÊNIO, 1999), mostrando que a

CAPE é condição necessária mas não

suficiente para formação da convecção

profunda. Santos et al. (2014) mostrou que em

cidades com temperaturas elevadas, como

Belém (PA), os valores da CAPE precisam

ser ajustados, pois eles sofrem influência da

temperatura local.

A presente pesquisa foi realizada na

cidade de Tomé-Açú (PA), situada no

nordeste da Amazônia. Uma característica de

região Amazônica é a presença de duas

estações bem definidas: chuvosa de dezembro

a maio, e menos chuvosa de junho a

novembro (FIGUEROA e NOBRE, 1990;

MARENGO et al., 2001; DE SOUZA e

AMBRIZZI, 2002). A definição das estações,

chuvosa e menos chuvosa, é consequência,

principalmente, da migração latitudinal da

Zona de Convergência Intertropical (ZCIT),

que durante o verão austral está posicionada

mais abaixo da linha do Equador, podendo

alcançar até 5º S de latitude, provocando

intensas chuvas nessa região, enquanto no

inverno austral está mais ao norte, podendo

alcançar até 10º N, e como consequência

ocorre redução das chuvas na Amazônia

(CITEAU et al., 1985; UVO e NOBRE, 1989;

WALISER e GAUTIER, 1993;

CAVALCANTI et al., 2009). Além da ZCIT,

a região também é influenciada por outros

sistemas meteorológicos de meso escala

intensificadores de chuva, como as Linhas de

Instabilidade (LI), que são responsáveis por

cerca de 45 % da chuva no período menos

chuvoso (COHEN, et al., 1989 e

CAVALCANTI et al., 2009).

As medidas nesta região atmosférica

são de interesse à pesquisa devido à forte

interação com a superfície (troca de energia),

influenciando a formação e o

desenvolvimento de fenômenos como linhas

de instabilidade. Além disso, a quantidade de

precipitação diária que ocorre na Amazônia

certamente sofre influência local, de forma

que o comportamento diurno das variáveis

termodinâmicas se torna um indicador do

controle do ambiente na forte atividade

convectiva da região. A evolução do ambiente

termodinâmico e sua relação com a convecção

têm sido investigadas na Amazônia, e uma

das mais importantes variáveis que moldam a

estabilidade local do perfil termodinâmico é

justamente a CAPE. Ela desempenha um

papel importante no acionamento e na

intensidade da convecção (TAVARES E

MOTA, 2012).

Considerando a importância da

atividade convectiva para a ocorrência de

precipitação, o objetivo deste trabalho foi

descrever as séries temporais observadas

durante a campanha do Projeto “Cloud

processes of tHe main precipitation systems

in Brazil: a contribUtion to cloud resolVing

modeling and and to the GPM (GlobAl

Precipitation Measurement)” – CHUVA em

junho de 2011, na cidade de Tomé-Açú (PA),

verificando a variação diurna nesse mês e a

sua estrutura média local, em termos dos

parâmetros termodinâmicos (ϴ, ϴe, Өes).

Além disso, verificar a possível relação entre

a estrutura termodinâmica local e a



precipitação ocorrida no mês de junho de

2011.

METODOLOGIA:

MATERIAIS:

Os dados observacionais utilizados

nesta pesquisa foram obtidos de

radiossondagens lançadas na cidade de Tomé

Açú (PA), identificada na Figura 1 (Lat. 02°

24' 36'' S e Long. 48° 09' 36'' W), durante a

campanha do Projeto Cloud processes of tHe

main precipitation systems in Brazil: A

contribUtion to cloud resolVing modeling and

to the GPM (GlobAl Precipitation

Measurement) – CHUVA. Foram lançadas,

diariamente, radiossondas nos horários

sinóticos das 00:00, 06:00, 12:00 18:00 UTC,

nos períodos de 06 a 09 e de 20 a 26 de junho

de 2011. Os dados de precipitação diária

foram observados na estação meteorológica

de Tomé Açú (PA), administrada pelo

Instituto Nacional de Meteorologia (INMET).

MÉTODOS:

A ideia básica foi descrever as séries

temporais observadas na cidade de Tomé Açú

(PA) durante o período do experimento, afim

de analisar o comportamento termodinâmico

da atmosfera. Para isso, foram utilizadas as

equações propostas por Betts (1974) e

modificadas por Bolton (1980), para os

cálculos dos seguintes parâmetros

termodinâmicos:

Temperatura potencial (ϴ): Temperatura

que uma parcela de ar teria se fosse

expandida até o nível de 1000 mb, dada

por:

𝜃 = 𝑇𝐾 (1000

𝑃)

0,286

onde,

TK é a temperatura do ar (K).

P é a pressão atmosférica em hPa.

Fonte: (Do Autor, 2015).

Figura 1 - Localização geográfica da cidade de Tomé Açú – PA.



Temperatura potencial equivalente (ϴe): É

a temperatura que uma amostra de ar teria,

se toda a sua umidade fosse condensada

por um processo pseudo-adiabático e

depois essa amostra fosse trazida ao nível

original por um processo adiabático seco,

ou seja, é a temperatura que uma parcela

de ar teria se todo vapor d’água fosse

condensado isobaricamente e

adiabaticamente e depois esse vapor

condensado fosse retirado da parcela onde

o calor latente liberado é usado para

aquecer a parcela, dada por:

𝜃𝑒 = 𝜃. exp [(3,376

𝑇𝐿

− 0,00254) . 𝑟 (1 + 0,81.10−3. 𝑟)]

onde,

TL é a temperatura no Nível de Condensação

por Levantamento (NCL), dada por:

𝑇𝐿 =2840

3,51. ln(𝑇𝐾) − ln(𝑒) − 4,805+ 55

r é a razão de mistura (g/kg).

Temperatura potencial equivalente

saturada (Өes): É a temperatura potencial

alcançada por uma parcela de ar saturada

se todo o vapor d’água disponível fosse

condensado ou removido do sistema, dada

por:

𝜃𝑒𝑠 = 𝜃. exp (2,64. 𝑟𝑠

𝑇𝐾 )

onde,

TK é a temperatura do ar (K).

rs é a razão de mistura saturada (g/kg).

A estabilidade da atmosfera foi

verificada a partir da análise dos perfis de ϴ,

ϴe e ϴes (Figura 2). Com a construção de uma

curva de ϴe constante, que vai da superfície

até o final da sondagem, é determinada a área

positiva do diagrama termodinâmico. Quando

esta curva intercepta pela primeira vez a curva

de ϴes, determina-se neste ponto o NCE

(Nível de Convecção Espontânea),

considerado a base de uma nuvem. No

segundo cruzamento, é determinado o NE

(Nível de Equilíbrio da parcela), que será o

topo da nuvem e a partir deste ponto, a

temperatura da parcela de ar volta a ser menor

que a do ambiente, como mostrado na Figura

2. Subtraindo os valores do ϴe da superfície

com o valor de ϴes em cada nível da

atmosfera, encontram-se as áreas negativas e

positivas do diagrama termodinâmico.

Tanto a área positiva quanto a negativa,

são consideradas proporcionais a uma

quantidade de energia cinética para a parcela

que se desloca vertical e adiabaticamente. A

área positiva, localizada entre os perfis de ϴe

e ϴes, é considerada a Energia Potencial

Disponível para Convecção (CAPE). Nesta

área, a pseudo-adiabática do deslocamento da

parcela de ar está mais quente que o ambiente,

logo, representando uma situação onde a


Figura 2 – Áreas negativa e positiva da

sondagem do dia 24/06/2011 às 1800 UTC

na cidade de Tomé Açú (PA).



atmosfera se encontra instável. A área entre a

pseudo-adiabática e a sondagem é

proporcional à quantidade de energia cinética

que a parcela ganha do meio ambiente. Logo,

a CAPE pode ser usada para avaliar as

condições de instabilidade da atmosfera ou

como critério de equilíbrio da convecção, e

sua determinação foi feita usando a seguinte

equação proposta por Emanuel (1994):

𝐶𝐴𝑃𝐸 = ∫ 𝑅𝑑 (𝑇𝑣𝑝 − 𝑇𝑣𝑎)𝑑 ln 𝑝

𝑁𝐸

𝑁𝐶𝐸

onde,

NCE é o limite inferior da integral é;

NE é o limite superior da integral;

Tvp é a temperatura potencial equivalente da

parcela;

Tva é a temperatura potencial equivalente

saturada do ambiente;

p é a pressão (hPa);

Rd é a constante do gás para ar seco (287, 04

Jkg-1

K-1

).

Para definição dos regimes convectivos

segundo a proposta de Betts (1974), adaptada

para Belém (PA) por Ribeiro e Mota (1994) e

para Caxiuanã (PA) por Souza et al (2013),

relacionou-se a diferença entre ϴe e ϴes

(Tabela 1) com a precipitação ocorrida

durante aquele período. A diferença entre

estes parâmetros (ϴe e ϴes) é uma medida que

pode representar a presença de umidade na

atmosfera. Logo, quanto maior a distância

entre os perfis (verificada entre os níveis de

600 e 500 hPa), mais seca encontra-se a

atmosfera. As sondagens foram separadas em

intervalos pré-definidos e associadas a

quantidade de precipitação acumulada

ocorrida para cada horário da sondagem.

Desta forma, foram determinados os

intervalos dos índices de precipitação para

cada regime convectivo.

Tabela 1 – Diferença entre ϴe e ϴes para

classificação dos Regimes Convectivos de

acordo com a proposta de Betts (1994).


Para classificação de acordo com a

proposta de Aspliden (1976), as sondagens

foram separadas em modos de convecção

também pré-definidos, apresentados na

Tabela 2, levando em consideração as

características do perfil de ϴe na sondagem,

não relacionando com a ocorrência de

precipitação local. Ou seja, quanto mais

quente o perfil de ϴe, maior vai ser a

possibilidade de ocorrência de convecção

úmida profunda.

Regime Convectivo Diferença entre

ϴe e ϴes

I – Seco ≥ 14 K

II - Convecção Diurna < 14 K – 11 K

III – Convecção

Desenvolvida < 11 K – 6 K

IV – Distúrbio < 6 K



Tabela 2 – Característica do perfil de ϴe para

classificação dos Modos Convectivos de acordo

com a proposta de Aspliden (1976).


RESULTADOS:

A classificação termodinâmica das

sondagens para a cidade de Tomé Açú (PA),

durante o projeto CHUVA, é mostrada na

Tabela 3. Na análise da série de 39 sondagens

foi observado que 36% delas estão

classificadas no Regime Convectivo I (Seco),

21% no Regime Convectivo III (Convecção

Desenvolvida) e 26% no Regime Convectivo

IV (Distúrbio). O menor número de

sondagens (18%) está classificado no Regime

Convectivo II (Convecção Diurna).

Considerando o mês em que o projeto

foi realizado, ocorre na região amazônica a

transição de período chuvoso para período

menos chuvoso, havendo uma boa

distribuição de sondagens entre os regimes

convectivos. Diferente do resultado

encontrado por Souza (2013), também para o

leste da Amazônia, nos meses de outubro e

novembro (período menos chuvoso da

região), que apresentou 80% das sondagens

no Regime Convectivo I e nenhuma

sondagem classificada no Regime Convectivo

IV.

A Figura 3 apresenta os perfis verticais

da temperatura potencial equivalente (ϴe) e

temperatura potencial equivalente saturada

(ϴes) da cidade de Tomé Açú (PA), de acordo

com a classificação proposta por Betts (1974),

durante o Projeto CHUVA. Verificou-se que

no Regime Convectivo I (Seco), as sondagens

apresentaram grande estabilidade, com curvas

de ϴe e ϴes bem afastadas uma da outra, além

de apresentar NCL em aproximadamente 750

hPa e NE em 300 hPa, sendo a menor área

positiva entre os regimes analisados. No

regime convectivo II (Convecção Diurna), o

perfil atmosférico se apresentou mais úmido e

com área positiva maior que no regime

anterior, com NCL próximo de 850 hPa e NE

em 250 hPa.

Modos

Convectivos Características

Modo I –

Convecção

Extremamente

Desfavorecida

Ausência de nuvens

cumulus ou apenas

cumulus humilis; Mínimo

de ϴe acentuado entre 800

e 700 hPa.

Modo II –

Convecção

Moderadamente

Desfavorecida

Presença de nuvens

cumulus humilis e

nenhuma chuva; Mínimo


e 650 hPa.

Modo III –

Convecção

Levemente

Desfavorecida

Presença de nuvens

cumulus humilis e

precipitação média menor

que 0,1 mm; Mínimo de

ϴe acentuado entre 700 e

600 hPa.

Modo IV –

Convecção

Levemente

Desenvolvida

Presença de nuvens

cumulus, medíocre ou

congestus, além de

cumulonimbus calvus,

com precipitação média

menor que 1 mm; Mínimo


e 500 hPa.

Modo V –

Convecção

Moderadamente

Desenvolvida

Presença de nuvens

cumulus congestus e

cumulonimbus capillatus

com ocorrência de chuvas

moderadas; Nenhum valor

de ϴe abaixo de 330 K.

Modo VI –

Convecção

Severamente

Desenvolvida

Presença de nuvens

cumulonimbus e

ocorrência de chuvas de

forte intensidade; Todos

os valores de ϴe maiores

ou iguais a 335 K.



Tabela 3 – Classificação das sondagens e dias, de acordo com os regimes convectivos da classificação

de Betts (1974) para a cidade de Tomé Açú (PA), durante o Projeto CHUVA.


Nos regimes convectivos III

(Convecção Desenvolvida) e IV (Convecção

Diurna), as curvas de ϴe e ϴes estiveram mais

próximas, ou seja, estes regimes apresentaram

maior instabilidade em relação aos regimes

anteriores. O regime convectivo III,

apresentou NCL em torno de

aproximadamente de 800 hPa e NE em 200

hPa, sendo a maior área positiva dentre os

regimes, enquanto que no regime convectivo

IV, a maior proximidade entre as curvas e o

NCL em torno de 800 hPa e o NE em 300

hPa, pode sugerir sugerindo a formação de

nebulosidade convectiva e consequentemente,

a ocorrência de chuvas sobre a região.

Os perfis de ϴe e ϴes do regime

convectivo IV apresentaram, de forma bem

destacada, uma forte inversão térmica, que vai

desde o nível da superfície até 950 hPa, com

variações de temperatura de até 4,7 °C. Esse

tipo de inversão, que ocorre na camada mais

baixa da atmosfera, é chamada Inversão de

Radiação. Ocorre sempre pela manhã (nas

sondagens, as inversões de temperatura

geralmente ocorriam entre 03:00 e 09:00),

pelo contato direto dessa camada mais baixa

da atmosfera com a superfície da terra que

está se resfriando por radiação de onda longa,

enquanto as camadas acima ficam com

temperaturas maiores e como consequência,

causando a reversão do gradiente normal de

temperatura.

As diferenças encontradas nesta

classificação mostraram que com a transição

entre período chuvoso e menos chuvoso, a

atmosfera local se apresentou ainda bastante

úmida, favorecendo a ocorrência de chuvas

mais fortes em alguns dias do projeto, como

por exemplo, nos dias 06 (12,4 mm), 07 (12,2

Regime Convectivo Diferença

entre ϴe e ϴes

Intervalos de

Precipitação (mm) Nº de Dias Nº de Sondagens

I – Seco ≥ 14 K < 1,0 3 10

II - Convecção

Diurna < 14 K – 11 K 1,0 - 4,0 2 7

III – Convecção

Desenvolvida < 11 K – 6 K 4,0 - 7,0 2 8

IV – Distúrbio < 6 K > 7,0 4 14


Figura 3 – Perfil vertical de temperatura

potencial equivalente (ϴe) e temperatura

equivalente saturada (ϴes) da cidade de

Tomé Açú (PA), durante o Projeto CHUVA,

de acordo com a classificação de Betts

(1974).



mm), 23 (22,6 mm) e 24 (11,2 mm). Durante

o período menos chuvoso da região

amazônica, Souza (2013) mostrou que todos

os Regimes Convectivos tiveram diferenças

entre os perfis de ϴe e ϴes maiores, em

comparação ao encontrado neste trabalho,

concluindo que a atmosfera da região se

apresentou mais seca, devido à diminuição

das chuvas, que ocorre neste período.

A classificação das sondagens de

acordo com o a classificação de Aspliden

(1976), em modos convectivos, para a cidade

de Tomé Açú (PA), durante o projeto

CHUVA, é mostrada na Tabela 4. Ficou

constatado que o modo I apresentou 28% do

total de 39 sondagens e o modo VI apresentou

21%. Os modos II e III reuniram a menor

quantidade de sondagens com apenas 10% do

total, e os modos IV e V, com 6 em cada

modo, tiveram 15% de sondagens dentro de

suas classificações.

Tabela 4 – Classificação das sondagens, de

acordo com os modos convectivos da

classificação de Aspliden (1976) para a cidade

de Tomé Açú (PA), durante o Projeto CHUVA.

Fonte: (Do autor, 2015).

Os perfis verticais de temperatura

potencial equivalente (ϴe) da cidade de Tomé

Açú (PA), de acordo com a classificação de

Aspliden (1976), durante o Projeto CHUVA

são mostrados na Figura 4. As sondagens que

na classificação de Betts (1974), estiveram no

regime convectivo Seco, e uma sondagem do

regime convectivo Convecção Diurna, foram

classificadas no modo I. Neste modo, o

mínimo de ϴe ocorre entre 800 e 700 hPa,

significando que não há presença de nuvens

cumulos. Nos modos II e III encontram-se

todas as sondagens pertencentes ao regime

Convecção Diurna. As sondagens do modo II

apresentam mínimo de ϴe entre 750 e 650

hPa, e geralmente há formação de nuvens

cumulos humilis, mas nenhuma ocorrência de

chuva. No modo III, o mínimo de ϴe das

sondagens ocorre entre 700 e 600 hPa, e a

presença de nuvens cumulos humilis pode

causar uma quantidade bem pequena de

precipitação.

As sondagens pertencentes ao regime

Condição Desenvolvida, aqui estão

classificadas no modo IV, apresentando valor

mínimo de ϴe entre 700 e 500 hPa e

indicando presença de nuvens cumulus

(medíocre ou congestus) com ocorrência de

chuvas leves. No modo V encontram-se

sondagens classificadas no regime Condição

Desenvolvida e no regime Distúrbio, onde

não há valores de ϴe inferiores a 330 K, com

presença de nuvens cúmulos congestus e

cumulonimbus e ocorrência de chuvas

médias. Para as sondagens classificadas no

regime convectivo Distúrbio, onde todo o

perfil de ϴe apresentou valores maiores que

335 K, aqui são caracterizadas no modo VI,

onde há possibilidade de ocorrência de

convecção severa, com nebulosidade do tipo

cumulonimbus, e chuvas pesadas na região.

MODO Nº de

Sondagens

I - Convecção Extremamente

Desenvolvida 11

II - Convecção

Moderadamente Desfavorecida 4

III – Convecção Levemente

Desfavorecida 4

IV – Convecção Levemente

Desenvolvida 6

V – Convecção

Moderadamente Desenvolvida 6

VI – Convecção Severamente

Desenvolvida 8



A variação temporal da precipitação e

da energia potencial disponível para

convecção (CAPE) na cidade de Tomé Açú

(PA), durante o Projeto CHUVA, é

apresentada na Figura 5. A região amazônica

é propícia a sempre estar com energia

disponível, devido sua localização próxima ao

Equador, recebendo o ano todo uma grande

quantidade de radiação solar, e além destes

fatores, o tipo de superfície, a cobertura de

nuvens, o tipo de cobertura vegetal e albedo

colaboram para o saldo de radiação

(CHARNEY, 1975). Dessa forma, é possível

observar que os valores de CAPE são altos na

maioria dos horários, e a tendência de

acompanhar a variação da temperatura ao

longo do dia, caracteriza um ciclo diurno de

CAPE bem definido, com aumento durante o

dia, devido ao aquecimento causado pela

radiação solar, máximo às 15:00, e

diminuição durante o período noturno, devido

o resfriamento na atmosfera. Resultados

semelhantes também foram encontrados

durante o período seco para Rondônia, por

Mota et al. (1994), na análise de dados da

campanha Rondônia Boundary Layer

Experiment (RBLE).

Pode ser verificado que a CAPE

diminui toda vez que ocorre precipitação, ou

seja, nos horários após a precipitação ou no

horário em que ocorre a precipitação, como

por exemplo, nos dias 06, 07, 20, 21, 23 e 24,

confirmando assim a hipótese de quase-

equilíbrio de Arakawa-Schubert (1974). Isto

é, o sistema convectivo precipitante consome

o CAPE produzido pela grande escala, ou

seja, quando a grande escala instabiliza o

ambiente produzindo correntes ascendentes, a

convecção profunda durante a precipitação

produz correntes descendentes que

estabilizam o ambiente, o que implica em

menor CAPE (Mota e Nobre, 2006). No dia

20, às 15:00, ocorreu o valor máximo de

CAPE, de 4683,95 J/kg, e às 21:00, foi

registrada a precipitação de 4,8 mm. Com a


potencial equivalente (ϴe) da cidade de

Tomé Açú (PA), durante o Projeto

CHUVA, de acordo com a classificação de

Aspliden (1976).



potencial equivalente (ϴe) da cidade de

Tomé Açú (PA), durante o Projeto

CHUVA, de acordo com a classificação de

Aspliden (1976).




ocorrência da chuva, a CAPE teve uma

redução bem acentuada no horário da

precipitação, passando para 1142,35 J/kg.

Outro alto valor de CAPE (3846,98 J/kg)

ocorreu no dia 06, às 15:00, e foi o suficiente

para sustentar a convecção profunda, sendo

que às 21:00, o registro de precipitação foi de

11,8 mm, e o valor de CAPE baixou para

836,14 J/kg.

Em alguns dias, como por exemplo, nos

dias 08, 25 e 26, foi observado altos valores

de CAPE em alguns horários, entretanto, não

houve ocorrência de chuvas na região,

indicando que não houve influência da

forçante dinâmica e que a forçante

termodinâmica não foi suficiente para a

formação da convecção profunda (nuvens

cumulus precipitantes). Essa é uma

característica da CAPE, que se apresenta

como uma condição necessária, mas nem

sempre suficiente para formar a convecção

profunda precipitante, semelhante aos

resultados encontrados por Mota e Nobre

(2006), no estado de Rondônia, durante a

campanha Wet-AMC do experimento de

Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na

Amazônia (LBA), realizada em janeiro e

fevereiro de 1999 (período chuvoso na região

amazônica).

Na análise da Figura 6, são mostradas as

variações horárias da água precipitável, da

precipitação e da razão de mistura na cidade

de Tomé Açú (PA), durante o Projeto

CHUVA. A água precipitável apresentou

valores máximos no horário das 21:00 nos

dias 20 (60,47 mm) e 21 (60,31 mm), sendo

que a precipitação para este horário nos dois

dias foi de 4,8 mm e 4,4 mm respectivamente.

Os menores valores ocorreram nos horários

das 09:00 e 15:00 dos dias 06 e 08, sendo que

no dia 06 às 09:00, a quantidade de água

precipitável era de 38,67 mm e a precipitação

ocorrida foi de 0,6 mm, e no dia 08 neste

mesmo horário, para 39,59 mm de água

precipitável, a precipitação foi de 0,2 mm.

Para as 15:00 destes dois dias, a quantidade

de água precipitável era de 39,27 mm e 38,20

mm respectivamente, mas não ocorreu

precipitação registrada neste horário.

Em geral, a água precipitável

apresentou uma disponibilidade sempre alta, o

que nem todos os dias significou a ocorrência

de grandes quantidades de precipitação, uma

vez que a convecção profunda depende da

interação de mecanismos termodinâmicos e

dinâmicos na atmosfera, que favoreçam a

formação de nebulosidade para que esta venha

a precipitar.

A razão de mistura foi máxima no dia

07 às 21:00 com valor de 22,5 g/kg, sendo

que horários antes, ela apresentava valores de

16,6 g/kg e 18,4 g/kg. A grande quantidade e

variação de razão de mistura para esse dia,

coincidiu com os registros de precipitação de

1,0 mm às 09:00, de 9,6 mm às 15:00 e de 1,6

mm às 21:00, horário da ocorrência do seu

valor máximo. Isso indica a presença de

grande quantidade de vapor d’água na

atmosfera, que pode ter ocorrido devido à

liberação de calor latente pra atmosfera,

provocada pela chuva, fazendo com que

aumentasse a evaporação e

consequentemente, a quantidade de umidade.

Os menores valores de razão de mistura (14,9

g/kg e 15,3 g/kg) ocorreram nos dias 21 e 26,

às 09:00 e 03:00, respectivamente, indicando

nesses dias a presença de uma atmosfera mais

seca, sem a ocorrência de chuvas nesses

horários.

A média da razão de mistura foi de 17,2

g/kg, que é um valor alto para a região,

mostrando que durante o período do Projeto

CHUVA, a atmosfera da região se

apresentava com bastante umidade. Apenas

nos dias 25 e 26 não ocorreu chuva, e logo a

razão de mistura chegou a 15,3 g/kg no dia 26

às 03:00, indicando que houve uma secagem

na atmosfera. Os altos valores de razão de



mistura encontrados nesta região, durante a

realização do projeto, podem estar

relacionados à questão da grande extensão de

áreas verdes, utilizadas para plantio, além da

pouca urbanização local.

DISCUSSÃO:

Através da análise dos resultados

obtidos durante o projeto CHUVA, realizado

na cidade de Tomé Açú (PA), no mês de

junho de 2011, ficou constatado que a

precipitação na região ocorria geralmente,

entre 15:00 e 21:00, o que é uma

característica marcante da forte atividade

convectiva que ocorre na região Amazônica,

principalmente durante o período da tarde.

Na classificação de Betts (1974), boa

parte das sondagens esteve classificada nos

regimes I (Seco) e IV (Distúrbio), enquanto

que na classificação de Aspliden (1976), os

modos I (Convecção Extremamente

Desfavorecida) e VI (Convecção Severamente

Desenvolvida), apresentaram o maior número

de sondagens, indicando que a atmosfera local

apresentou variações de acordo com a

atividade convectiva presente naquele

momento, e que essas variações ocorreram em

decorrência da mudança de estação chuvosa

para menos chuvosa na região.

Foi observado que a característica do

ciclo diurno da CAPE se mostrou bem

definida, com valores máximos geralmente

ocorrendo às 15:00 e valores mínimos

ocorrendo quase sempre às 03:00. Os valores

da CAPE diminuíam, quase sempre após ou

durante o horário da ocorrência de

precipitação na região do experimento,

indicando que o sistema convectivo

precipitante consumia a CAPE, e utilizava

essa energia durante a sua ocorrência, até sua

fase de dissipação. Nem sempre os altos

valores da CAPE, foram suficientes para

iniciar ou sustentar a convecção úmida

profunda, como por exemplo, no dia 20, às

15:00, quando ocorreu o valor máximo de

CAPE (4683,95 J/kg), e às 21:00, a

precipitação registrada foi de apenas 4,8 mm.

Nesses casos, uma forte evidência vem a ser e

que a meso e a grande escala tenham papel

importante na formação de nuvens

precipitantes.

A forte chuva, registrada no dia 23

(22,6 mm), às 21:00, com registro de CAPE,

horários antes de 3128,80 J/kg, pode ter tido a

interação entre as forçantes termodinâmica e

dinâmica, uma vez que este valor de CAPE

esteve ideal para sustentar a convecção úmida

profunda.

Os altos valores de água precipitável e

razão de mistura, observados durante a

realização do projeto, comprovaram que a

atmosfera local esteve com grande

disponibilidade de vapor d’água, e com isso, a

interação de mecanismos termodinâmicos e

dinâmicos na atmosfera em alguns casos, fez

com que houvesse a formação de

Figura 6 – Variação horária da água

precipitável (W), precipitação e razão de

mistura (r) para a cidade de Tomé Açú

(PA), durante o Projeto CHUVA.




nebulosidade convectiva e a ocorrência de

precipitação na cidade de Tomé Açú (PA).

AGRADECIMENTOS:

Os autores agradecem a Fundação de

Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

(FAPESP) pelo financiamento do Projeto

“Cloud processes of tHe main precipitation

systems in Brazil: a contribUtion to cloud

resolVing modeling and and to the GPM

(GlobAl Precipitation Measurement)” –

CHUVA e à Universidade Federal do Pará

pela Bolsa PIBIC/UFPA concedida a Romero

Thiago Sobrinho Wanzeler.

REFERÊNCIAS:

ADAMS, D. K.; SOUZA, E. P.; COSTA, A.

A. Convecção Úmida na Amazônia:

Implicações para Modelagem

Numérica, Revista Brasileira de

Meteorologia, v. 24, n. 2, p. 168-178,

2009.

ANANIAS, D. S.; SOUZA, E. B.; SOUZA, P.

F. S.; SOUZA, A. M. L.; VITORINO,

M. I.; TEIXEIRA, G. M.; FERREIRA,

D. B. S. Climatologia da Estrutura

Vertical da Atmosfera em Novembro

para Belém-PA, Revista Brasileira de

Meteorologia, v. 25, n.2, p. 218-226,

2010.

ARAKAWA, A.; SCHUBERT, W. H.

Interaction of a cumulus cloud

ensemble with the large-scale

environment, part I. Journal of the

Atmospheric Sciences, v. 31, 674- 701,

1974.

ASPLIDEN, C. I. A Classification of the

structure of the Tropical Atmosphere

and related energy fluxes. Journal

Applied Meteorology, EUA, v. 15, n.7,

p. 692-697, 1976.

BETTS, A. K. Futher comments on “a

comparison of the equivalent potential

temperature and the static energy”.

Journal of Atmospheric Sciences, v.

31, p. 1713-1715, 1974.

BETTS, A. K. The thermodynamic

transformation of the tropical subcloud

layer by precipitation and downdrafts.

Journal of Atmospheric Sciences, v

33, p. 1008-1020, 1976.

BOLTON, D. The computation of equivalent

potential temperature. Monthly

Weather Review, v. 108, p. 1046-53,

1980.

CAVALCANTI, I. F. A.; FERREIRA, N. J.;

SILVA DIAS, M. A. F.; JUSTI, M. G.

A. Tempo e Clima no Brasil. Oficina

de Textos, p. 25-27, p. 75-93. São

Paulo, 2009.

CHARNEY, J. Dynamics of deserts and

drought in the Sahel. Quarterly

Journal of the Royal Meteorological

Society, v. 101, p. 193–202. 1975.

CITEAU, J.; FINAUD, L.; CAMMAS, J. P.;

GOURIOU, Y. Questions About the

ITCZ Migration Over the Tropical

Atlantic Sea Surface Temperature in the

Gulf of Guinea and the Runoff of

Senegal River. In: CCCO Meeting, Rio

de Janeiro, 1985.

COHEN, J. C.; SILVA DIAS, M. A. F.;

NOBRE, C. Aspectos climatológicos

das linhas de instabilidade na

Amazônia. Climanálise, v. 4, n. 11, p.

34-40. 1989.

DE SOUZA, E. B.; AMBRIZZI, T. ENSO

impacts on the South American rainfall



during 1980s: Hadley and Walker

circulation. Atmósfera, v. 15, p. 105-

120, 2002.

EMANUEL, K. A. Atmospheric convection.

New York Oxford: University Press,

567 p. 1994.

FIGUEROA, S. N.; NOBRE, C. A.

Precipitations distribution over Central

and Western Tropical South America.

Climanálise-Boletim de

Monitoramento e Análise Climática,

v. 5, n. 6, p. 36-48, 1990.

LIMA, D. R. O. “Diagnóstico de Chuvas e

Previsão Meteorológica para a Bacia

Hidrográfica do Rio Manso”. Tese –

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

COPPE, RJ, Brasil. 2005.

MARENGO J. A.; LIEBMANN, B.;

KOUSKY, V.; FILIZOLA, N. S.;

WAINER, I. On the onset and end of

the rainy season in Brazilian Amazon

basin. Journal of Climate, Lancaster,

PA, v. 14, p. 833-852, 2001.

MOTA, J.; FISCH, G.; OLIVEIRA, P.J.;

GARSTANG, M.; HEITZ, R.; SIGLER,

J. Análise da Variabilidade diária da

Precipitação em Área de Pastagem para

a Época Chuvosa de 1999-Projeto

TRMM-LBA, Acta Amazonica, v. 30,

n. 4, p. 629-639, 2000.

MOTA, M. A. S.; ROCHA, E. J. P.; NUNES,

H. S. M. Evolução Termodinâmica da

Atmosfera de uma Situação Perturbada

Associada a um Sistema Frontal durante

o RBLE-2. Anais do VIII Congresso

Brasileiro de Meteorologia, Belo

Horizonte, SBMET, 1994.

MOTA, M. A. S.; NOBRE, C. A. Relação da

Variabilidade da Energia Potencial

Convectiva Disponível (CAPE) com a

Precipitação e a Alta da Bolívia durante

a Campanha “WET-AMC/LBA”,

Revista Brasileira de Meteorologia, v.

21, n. 3b, p. 344-355, 2006.

NASCIMENTO, E. L., “Previsão de

Tempestades Severas utilizando-se

Parâmetros Convectivos e Modelos de

Meso Eescala: Uma Estratégia

Operacional Adotável no Brasil?


20, n. 1, p. 121-140, 2005.

RIBEIRO, J. B. M.; MOTA, M. A. S.

Classificação Termodinâmica para

atmosfera de Belém-PA para o ano de

1987. Anais do VIII Congresso

Brasileiro de Meteorologia e II

Congresso Latino-Americano e

Ibérico de Meteorologia, 1994, p. 272-

275.

RIEHL, H. Climate and weather in the

tropics. Academic Press Inc. New

York, 1973.

SANTOS, J. S.; MOTA, M. A. S.; ROCHA,

E. J. P. Classificação Climatológica da

Energia Potencial Disponível para a

Convecção na cidade de Belém-PA,


29, n. esp, p. 60-72, 2014.

SILVA DIAS, M. A. F. “Índices de

Instabilidade para Previsão de Chuva e

Tempestades Severas”, Universidade de

São Paulo, 2000.

SOUZA, D. C.; MOTA, M. A. S.; COHEN, J.

C. P. A importância das condições

termodinâmicas na variabilidade da

precipitação em Caxiuanã. Caxiuanã:

Paraíso ainda preservado, v. 1, n.1, p.

55-70, 2013.



TAVARES, J. P. N.; MOTA, M. A. S.

Condições Termodinâmicas de Eventos

de Precipitação Extrema em Belém-PA

durante a Estação Chuvosa. Revista

Brasileira de Meteorologia, v. 27, n. 2,

p. 207-218, 2012.

UVO, C. B.; NOBRE, C. A. A Zona de

Convergência Intertropical (ZCIT) e a

precipitação no norte do Nordeste do

Brasil. Parte I: A posição da ZCIT no

Atlântico equatorial. Climanálise, São

José dos Campos, v. 4, n. 7, p. 34–42,

1989.

WALISER, E. W. C.; GAUTIER, C. A

Satellite-derived Climatology of the

ITCZ. Journal of Climate, v. 6. p.

2162-2174, 1993.

WILLIAMS, E.; RENNÓ, N. O. An Analysis

of the conditional instability of the

Tropical atmosphere. Monthly

Weather Review, v. 121, n.1, p. 21-36,

1993.

YAO, M-S.; DEL GENIO, A. D. Effects of

cloud parameterization on the

simulation of climate changes in the

GISS GCM. Journal of Climate, v. 12,

761-779, 1999.

ZAWADZKI, I.; RO, C. U. Correlations

between maximum rate of precipitation

and mesoscale parameters. Journal

Applied Meteorology, v.17, p. 1327-

1334, 1978.

ZHANG, C.; CHOU, M-D. Variability of

water vapor, infrared radiative cooling,

and atmospheric instability for deep

convection in the equatorial western

Pacific. Journal of Atmospheric

Sciences, v. 56, 711-723, 1999.

TRABALHOS EM EVENTOS

CIENTÍFICOS:

Foi submetido e aceito para

apresentação o trabalho intitulado

“Variabilidade da Razão de Mistura e Água

Precipitável e sua Relação com a Precipitação

na cidade de Tomé Açú (PA), durante o

Projeto CHUVA”, no evento XIX CBAGRO

(Congresso Brasileiro de Agrometeorologia).

O plano da bolsa está sendo utilizado

para o desenvolvimento do trabalho de

conclusão de curso (TCC), que será

submetido como trabalho científico para a

Revista Ambiente e Água.

i Trabalho desenvolvido com o apoio do

Programa PIBIC/UFPA. ii Graduando do curso de Meteorologia da

Universidade Federal do Pará. Bolsista

PIBIC/UFPA. E-mail: romero-

[email protected] iii Docente do Instituto de Geociências,

Universidade Federal do Pará. E-mail:

[email protected]

PARECER DO ORIENTADOR:

Romero é bolsista responsável e

disciplinado, conseguiu cumprir todas as

metas do plano da pesquisa, tanto que fez um

bom relatório, e com isso está usando o

relatório e outros dados para finalizar o TCC.

Estes resultados serão submetidos como

artigo científico para a revista Ambiente &

Água. Ele também teve trabalho aprovado

para o XIX Congresso Brasileiro de

Agrometeorologia que irá ocorrer nos dias 23

a 28 de agosto de 2015 em Lavras-MG

Belém, 17 de agosto de 2015

Maria Aurora Santos da Mota

estudo da variaÇÃo temporal da estrutura … · planeta. (adams et al., 2009 ... convectiva...

Documents