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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.
ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).
Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica
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
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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
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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.
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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
Fonte: (Do Autor, 2015).
Figura 2 – Áreas negativa e positiva da
sondagem do dia 24/06/2011 às 1800 UTC
na cidade de Tomé Açú (PA).
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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).
Fonte: (Do Autor, 2015).
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
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Tabela 2 – Característica do perfil de ϴe para
classificação dos Modos Convectivos de acordo
com a proposta de Aspliden (1976).
Fonte: (Do Autor, 2015).
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
de ϴe acentuado entre 750
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
de ϴe acentuado entre 700
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.
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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.
Fonte: (Do Autor, 2015).
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
Fonte: (Do Autor, 2015).
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).
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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
ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).
Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica
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
Figura 4 – Perfil vertical de temperatura
potencial equivalente (ϴe) da cidade de
Tomé Açú (PA), durante o Projeto
CHUVA, de acordo com a classificação de
Aspliden (1976).
Fonte: (Do Autor, 2015).
Figura 5 – Perfil vertical de temperatura
potencial equivalente (ϴe) da cidade de
Tomé Açú (PA), durante o Projeto
CHUVA, de acordo com a classificação de
Aspliden (1976).
Fonte: (Do Autor, 2015).
ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).
Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica
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
ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).
Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica
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.
Fonte: (Do Autor, 2015).
ESTUDO DA VARIAÇÃO TEMPORAL DA ESTRUTURA TERMODINÂMICA DA ATMOSFERA E PRECIPITAÇÃO NA CIDADE DE TOMÉ AÇÚ (PA).
Relatório Final de Bolsa de Iniciação Científica
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.
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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:
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