Implementação de um Sistema de Monitoramento de Ciclones Usando Modelagem Numérica
COORDENADORES Dr. Isimar de Azevedo Santos Meteorologia UFRJ Dr. Valdo da Silva Marques UENF Dr. Carlos Eduardo Parente Ribeiro COPPE UFRJ Dra.Tânia Ocimoto Oda IEAPM CONSULTOR Dr. Manoel Alonso Gan INPE
PESQUISADORES MsC. Alfredo Silveira da Silva – UFRJ Dra. Claudine Pereira Dereczynski – UFRJ PhD. Claudio Freitas Neves – UFRJ MsC. David Garrana Coelho – UFRJ Dr. José Ricardo Siqueira – UENF BsC. Luiz Rodrigo Lins Tozzi – UFRJ Dra. Maria Gertrudes Justi - UFRJ Dr. Nilo José do Nascimento Franco – UFRJ BsC. Ricardo Martins Campos - UFRJ Dra. Rosane Rodrigues Chaves – UENF
OBJETIVOS GERAIS Implantar um sistema de monitoramento meteorológico de ciclones no oceano Atlântico Sul. Quantificar e estabelecer formas de prevenção e mitigação dos impactos dos ciclones do oceano Atlântico Sul. Implantar um sistema preventivo e de alerta quanto à presença de ciclones no Atlântico Sul que possam impactar a costa do Estado do Rio de Janeiro.
MOTIVAÇÃO Os ciclones tropicais do Atlântico Norte têm aumentado em quantidade e intensidade na última década. Os centros de previsão do tempo e a defesa civil precisam estar melhor preparados. As atividades econômicas e a presença humana na costa fluminense demandam previsões mais acuradas de fenômenos impactantes como os ciclones.
Um quadro que pode mudar! Esse mapa mostra as rotas dos ciclones tropicais que se formaram entre 1985 e 2005. Os pontos indicam suas localizações, registradas a cada seis horas. O esquema de cores é baseado na escala Saffir-Simpson.
Os centros de previsão do tempo e os órgãos de defesa civil precisam estar melhor preparados para eventos como os ciclones, para que não se repita o que ocorreu em março de 2004, quando o Furacão Catarina atingiu a costa do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina sem que alertas adequados e confiáveis pudessem ser passados à comunidade.
Etapas do Projeto
1. Estabelecimento de uma climatologia dos ciclones do AS, incluindo suas estruturas dinâmicas e termodinâmicas e suas trajetórias.
2.Construção de dados artificiais (bogus) para os ciclones do AS.
3.Instalação de um sistema de captação de dados por sensoriamento remoto (satélites da série GOES) sobre o AS.
4.Otimização das técnicas de assimilação de dados obtidos por satélite.
5.Caracterização do ferramental computacional para a modelagem de ciclones intensos no AS.
6. Ajuste do modelo de mesoescala para simulação e previsão de ciclones intensos no AS.
7. Estimativa e avaliação da vulnerabilidade de empreendimentos costeiros aos impactos de ciclones intensos.
8. Proposição de formas de mitigação dos impactos destrutivos de ciclones intensos
9.Estabelecimento de um sistema operacional visando a vigilância de sistemas severos.
10. Implantação de um sistema de vigilância e alerta para sistemas de tempo severo no estado do Rio de Janeiro.
ALGUNS CONCEITOS DOS CICLONES FORMAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E SEU COMPORTAMENTO NO ATLÂNTICO SUL
Tipos de Ciclones Tipo: Ciclone Tropical Ciclone Extratropical Habilidade de Previsão: Baixa a moderada Alta a moderada Base teórica: Charney & Eliassen (1964) Kuo (1965) Ooyama (1964, 1969) Emanuel (1986) Bjerknes & Solberg (1922) Charney (1947) Sutcliffe (1947) Eady (1949)
As pesquisas tem demonstrado que a distribuição dos ciclones não é limitada a esses dois grupos distintos Bosart & Lackmann (1995) Beven (1997) Harr & Elsberry (2000) Harr et al. (2000) Klein et al. (2000) Miner et al. (2000) Smith (2000) Thorncroft & Jones (2000) Hart & Evans (2001) Reale & Atlas (2001) Tannehill (1938) Pierce (1939) Knox (1955) Sekioka (1956a,b;1957) Palmén (1958) Hebert (1973) Kornegay & Vincent (1976) Brand & Guard (1978) Bosart (1981) DiMego & Bosart (1982a,b) Billing et al. (1983) Gyakum (1983a,b) Sardie & Warner (1983) Smith et al. (1984) Rasmussen & Zick (1987) Emanuel & Rotunno (1989) Rasmussen (1989) Bosart & Bartlo (1991) Kuo et al. (1992) Reed et al. (1994)
O estudo da dinâmica atmosférica responsável pelo desenvolvimento de ciclones extratropicais é de interesse notório para a meteorologia há muitas décadas. Isto se deve tanto ao papel que os ciclones extratropicais desempenham na energética da atmosfera, quanto pelos impactos nas condições de tempo nos países mais desenvolvidos.
Desde o início do século XX, o comportamento simétrico e por vezes regular dos ciclones extratropicais, tem fornecido motivação para a formulação de teorias sobre o desenvolvimento desses ciclones e sobre a energética da atmosfera como um todo (Bjerknes et al, 1922; Charney 1947; Eady 1949; Hoskins et al, 1985).
Regiões de ocorrência de ciclones
Trajetórias dos ciclones Estra-tropicais Em torno da América do Sul Fonte: Palmeira, 2003
Condições em larga escala associadas com a formação de Ciclones Tropicais A pré existência de distúrbios que controlam a convecção profunda abundante. Aquecimento da superfície do mar. Instabilidade atmosférica e presença de umidade em níveis troposféricos elevados. Pequeno cisalhamento vertical do vento horizontal. Aparecimento de cavados associados à convecção profunda. Queda na pressão da superfície: em 24 horas essa queda pode ser de 3 hPa ou mais. Anticiclone na troposfera superior sobre a área de abrangência do fenômeno.
Ciclones extratropicais no Hemisfério Sul Os ciclones no HS começaram a ser estudados na segunda metade do século XX, quando Taljaard (1967) usando dados do “International Geophysical Year” (IGY, 1957- 58) localizou uma região predominante de formação de ciclones sobre o Paraguai, com uma média de 20 ciclones por estação do ano. Esses resultados foram confirmados por Streten e Troup (1973), que realizaram uma classificação de sistemas com grande nebulosidade através de imagem diárias de satélite, e reforçados por Carlenton (1979) que, utilizando uma metodologia similar, obteve máximos de ciclogênese no litoral da América do Sul durante o inverno.
Recentemente, vários autores utilizaram métodos automáticos para a detecção de ciclones, tanto para o HN quanto para o HS, dentre os quais pode-se destacar: Murray e Simmonds (1991); Sinclair (1995); Blender et al. (1997); Trigo et al. (1999), entre outros. Esses métodos baseiam-se na detecção do mínimo valor de pressão num determinado ponto de grade, usando dados geralmente obtidos de diversas análises com diferentes formatos espaciais, com destaque para as reanálises do NCEP/NCAR e as do ECMWF.
Sinclair (1994): 07 anos de dados do ECMWF (vorticidade geostrófica aos 1000 hPa). 1) Uma grande quantidade de ciclones extratropicais sobre o AS; 2) Variação sazonal (Inverno-Verão); 3) O Inverno estação do ano com maior frequência de ciclogênese. Verão Inverno Simmonds e Keay (2000): 40 anos de estudo (1958-1997), reanálises do NCEP/NCAR (Método automático). 1) Obteve também variação sazonal na quantidade de ciclones extratropicais; 2) Maior distribuição na área de ciclogênese; 3) Inverno maior quantidade de ciclones Inverno Verão
Simmonds e Keay (2000) criaram uma climatologia de ciclones para o HS, com 40 anos de dados das reanálises do NCEP/NCAR, confirmando os resultados obtidos por Sinclair (1994), Demonstraram que no verão apresenta máximo de ciclones localizados sobre o litoral Atlântico da América do Sul, Austrália (devido a “baixas térmicas”) e na vizinhança da Antártica. No inverno os máximos estão localizados sobre o Mar de Weddell e Belling (Antártica), América do Sul e Nova Zelândia (Fig. 2.2), sendo o inverno a estação com maior freqüência de ciclones extratropicais.
Estudos feitos no Brasil: Mais recentemente Pezza e Ambrizzi (2003) realizaram uma análise de tendência para ciclones no HS, usando o método de Murray e Simmonds (1990), para um período compreendido entre 1973 e 1996. Eles verificaram uma tendência negativa relativamente acentuada, registrada principalmente a partir de 1979, assim como uma redução na pressão mínima (central) dos ciclones.
Satyamurty et al. (1990): 07 anos de estudo (1980-1986), Imagem de satélite (GOES-EAST) associada a dados observacionais. 1) Uma região de ciclogênese preferencial (15-60S); 2) Variação sazonal na quantidade; 3) Verão: estação do ano com maior freqüência de ciclogénese.
Satyamurty et al. (1990) estabeleceram uma climatologia de ciclogênese sobre o AS para o período de 1980 a 1986, utilizando imagens de satélite, na qual determinaram aproximadamente 750 casos, dos quais 280 (37%) ao norte de 30°S. O ano de El-Niño de 1983 contribuiu com uma anomalia positiva de 25%, acima da média climática, na freqüência de ciclogênese. Estes autores notaram também que o verão apresentou maior freqüência de ciclogênese do que as demais estações do ano, contrariando os resultados obtidos por Necco (1982).
Gan e Rao (1991) também verificaram que os principais mecanismos de formação dos ciclones extratropicais da América do Sul estão associados com a instabilidade baroclínica e com o efeito topográfico. A ciclogênese associada à instabilidade baroclínica é importante na variação sazonal e interanual da freqüência de formação dos ciclones. Entretanto, a posição dos máximos de ciclogênese (Fig. 2.3) pode estar associada aos efeitos da montanha e contraste terra-mar.
Gan e Rao (1991), através de dados observacionais somente para o continente, para um período de 1979 a 1988, confirmaram os resultados obtidos por Taljaard (1967) e Necco (1982). Eles verificaram que a maior freqüência de ciclogênese é observada sobre o Uruguai e nordeste da Argentina.
Gan e Rao (1991) também verificaram que o inverno é a estação do ano com maior quantidade de eventos de ciclogênese e o verão a estação com menor quantidade, discordando dos resultados obtidos por Satyamurty et al. (1990).
METODOLOGIA A SER IMPLEMENTADA
A previsão, a trajetória e as mudanças na intensidade dos ciclones tropicais e subtropicais demandam uma representação acurada do vórtice (condições iniciais locais) e de adaptação do modelo numérico a ser utilizado.
Diagrama do Fluxo dos Procedimentos com Vórtice Sintético (Bogus)
Análise da pressão ao nível do mar em grande escala (NCEP) DISTRIBUIÇÃO DA PRESÃO AO NÍVEL DO MAR NO INSTANTE INICIAL Análise da pressão ao nível do mar em grande escala (NCEP) Análise da pressão ao nível do mar com bogus
O MÉTODO DO GFDL Um avançado esquema de inicialização de furacões por bogus foi incorporado ao modelo do GFDL no Centro de Previsão de Furacões de Miami (Kurihara et al, 1993) O esquema consiste em quatro procedimentos principais: Os campos ambientais referentes ao ciclone tropical são subtraídos das análises; As componentes simétricas de ciclones tropicais artificiais (bogus) são incorporadas aos modelos de prognóstico; Procede-se a integração simétrica da equação da vorticidade simplificada do modelo; Finalmente ajustam-se os campos de massa (pressão e temperatura) através da equação divergente do modelo.
Na penúltima Conferência sobre Furacões e Meteorologia Tropical, realizada em abril de 2006 em Monterey, CA, o NCEP anunciou que estava migrando para o modelo WRF e que os dados dos ciclones em alta resolução seriam assimilados pelo método variacional a quatro dimensões (4DVAR). O LPM está se preparando para atuar nesta mesma direção nas pesquisas deste projeto sobre ciclones.
Ao fim dos 2 anos desta pesquisa e com uma metodologia de monitoramento dos ciclones do Atlântico Sul desenvolvida, espera-se que se possa dar continuidade ao monitoramento de ciclones através de um centro especializado.
Nosso entendimento é que devem ser identificados herdeiros deste processo de desenvolvimento, possivelmente mesmo fora do escopo universitário. O apoio científico poderá continuar vindo das Universidades: no sensoriamento remoto pelo LENEP/UENF na modelagem numérica pelo LPM/UFRJ na identificação de vulnerabilidades pela COPPE/UFRJ
O LPM/UFRJ vem acumulando grande experiência em modelagem de mesoescala (MM5 e WRF) e está liderando a captação do know how australiano em ciclones sintéticos. O apoio na defesa patrimonial dos efeitos dos ciclones, ondas e ressacas é parte da experiência do grupo de Engenharia Oceânica da COPPE/UFRJ. O grupo da UENF está instalando um dos maiores sistemas de sensoriamento remoto fora do INPE e se coloca como fonte inestimável de informações de satélite.
CICLONES E MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Há um razoável consenso de que o Aquecimento Global possa levar a um aumento da quantidade e da intensidade dos sistemas de tempo severo, com anomalias nunca antes registradas. Por isto é de fundamental importância que se monitore de forma sistemática e hábil tais fenômenos, inclusive os ciclones.
No início de maio de 2008, o ciclone tropical Nargis de categoria 4, passou próximo da maior cidade de Myanmar, Yangon, com notável força. A mídia estatal noticiou que mais de 78.000 pessoas foram encontradas mortas, outras 50.000 estão desaparecidas, e centenas de milhares estão desabrigadas.
Esperamos que este encontro inclua dentre os seus benefícios, uma maior habilidade da comunidade de meteorologia do Brasil em prever eventos atmosféricos severos, antecipando-se a eventuais danos e riscos às atividades costeiras e à presença humana junto à costa.