Seminário sobre o Catarina: enfoque sobre as informações baseadas em satélites

Introdução – Ciclones Tropicais Definição: Intensos vórtices que se desenvolvem preferencialmente em regiões oceânicas com temperaturas superficiais acima de 26,5°C e profundidade da ordem de 80 metros (Charney e Eliassen, 1964). Furacão é a denominação utilizada nos EUA, América Central e Brasil para ciclones tropicais cuja a velocidade do vento no centro da tempestade deve ser superior a 118 km/h. Em outras regiões do globo os ciclones tropicais recebem diferentes nomes relativo ao mesmo fenômeno meteorológico. Classificação: Uma escala utilizada a partir da década de 70 para medir a intensidade dos furacões é a de Saffir-Simpson. Este nome homenageia seus dois criadores: o engenheiro Herber Saffir e o diretor do Centro Nacional de Furacões do EUA, Robert Simpson. A escala de Saffir-Simpson considera a velocidade do vento e os danos causados pelos furacões para dividi-los em cinco categorias.

Categ. Efeito Velocid. vento (km/h) Tipo de consequências 1 2 4   1  Mínimo 118 - 152 Raízes de árvores danificadas e derrubada das mais isoladas, ramos quebrados. Alguns danos em sinalizações públicas e em casas mais frágeis. Pequenas inundações das estradas costeiras e danos menores nos portos e áreas costeiros. 2  Moderado 152 - 176 Árvores tombadas ou partidas. Alguns vidros de janelas são quebrados, veículos deslocados do chão; desprendimento da superfície de coberturas e anexos, mas sem danos maiores nas construções principais. Estradas enterrompidas por risco de inundação ainda antes da chegada do centro do furacão. Evacuação da população em zonas costeiras. 3  Significativo  176 - 208 Cheias severas nas zonas costeiras. Árvores arrancadas pela raiz. Alguns danos estruturais em edifícios pequenos, principalmente nas zonas costeiras pelo arrastamento de detritos e pelo impacto das ondas. Estradas costeiras inundadas cerca de 5 horas antes da chegada do centro do furacão. Evacuação da população até vários quarteirões das áreas costeiras. 4  Extremo  208 - 248 Destruição e arrasto de árvores, sinalizações públicas, postes e outros tipos de objectos. Destruição de casas frágeis e danos consideráveis nos telhados, vidros e portas dos edifícios. Erosão extensiva das praias. Evacuação da população até cerca de 3 km da costa. 5 Catastrófico > 248 A população até cerca de 16 km da costa devem ser evacuada. Destruição de janelas, portas e dados profundos na estrutura de alguns edifícios.

Estágios dos furacões Estágio inicial: Caracterizado pelo aglomeramento de nuvens relativamente desorganizadas associadas a um fraco distúrbio tropical. Alguns parâmetros essenciais para a transformação de um fraco distúrbio tropical em uma severa tempestade são: a região de origem e atuação do furacão deve possuir águas com temperatura relativamente quente; a umidade relativa na troposfera média deve ser elevada, visando manter as nuvens convectivas; fraca variação vertical do vento, não permitindo a ventilação do distúrbio.

Estágios dos furacões Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone. O desenvolvimento ocorre devido a uma interação de nuvens cumulus e movimentos de escala sinótica. As tempestades tropicais são uma típica fonte de calor que se movem e liberam uma grande quantidade de calor na média e alta troposfera, aquecendo-a e aumentando sua pressão nos níveis superiores. Este aquecimento produz divergência na alta troposfera, que faz com que o peso da coluna de ar diminua, causando uma queda de pressão na superfície.

Estágios dos furacões Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone. Diminuindo a pressão em superfície, um sistema de baixa pressão é estabelecido e ventos de baixos níveis convergem e começam a girar mais rápido em torno do centro de baixa pressão, devido à força de Coriolis. Estes ventos carregam o vapor d’água do oceano para o centro do sistema. Ao convergir e ascender ao redor do centro de baixa pressão ocorre uma grande quantidade de liberação de energia devido à troca de fase do vapor. O centro de baixa pressão então intensifica-se, aquecendo a coluna atmosférica, causando mais divergência em altos níveis, estabelecendo-se assim uma reação em cadeia.

Estágios dos furacões Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone. Durante o estágio maduro os furacões apresentam uma estrutura horizontal de algumas centenas de quilômetros (de 100 a 1000 Km). Visualmente os ciclones tropicais apresentam um aspecto quase circular, se estendendo verticalmente através de toda troposfera (aproximadamente de 10 a 12 Km). A circulação associada aos ciclones tropicais apresenta uma rotação ciclônica em baixos níveis, e anticiclônica em níveis superiores. Das observações sabe-se que os ventos horizontais mais intensos (de 50 a 100 m.s-1) são concentrados próximos a 100 Km do centro do distúrbio em baixos níveis. A esta mesma distância são encontradas as mais fortes atividades convectivas presentes na estrutura do furacão.

Estágios dos furacões Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone. Os ventos mais intensos são concentrados próximos a uma região livre de nuvens convectivas a 100 Km do centro. Essa região é chamada de olho do furação.

Estágios dos furacões Fase de decaimento: Último estágio Os principais fatores que ocasionam o enfraquecimento do furacão são: deslocamento para fora do ambiente quente e úmido; passagem sobre continentes ou grandes áreas de terra; deslocamento para regiões com grande variação vertical do vento. Esses fatores são associados a: diminuição da liberação de calor latente; enfraquecimento da divergência em níveis superiores; queda da temperatura média na coluna vertical do furacão; aumento da pressão de superfície no centro do distúrbio.

O Catarina: enfoque sobre as informações baseadas em satelites Nuvens nas imagens dos satelites 2) Ventos pelos dados de satelites 3) Convecção em imagens realçadas

Nuvens: Satélite de órbita polar Terra – 26.03.2004 – 13:10 TMG O Catarina apareceu nas imagens de satélite como um sistema convectivo com um escudo de nuvens de forma circular cercado por um ”olho” livre de nuvens.

nuvens com desenvolvimento vertical Infravermelho Visível nuvens baixas nuvens com desenvolvimento vertical

Satélite Terra – 27.03.2004 – 13:55 TMG As nuvens cirrus são vistas divergindo anticiclonica-mente do centro do Catarina.

Satélite Terra – 27.03.2004 – 16:00 TMG Enquanto que nuvens cumulos e estratucumulos são observadas ciclonicamente em aspiral convergindo para o centro do Catarina.

25.03.2004 – 09:37 TMG Nuvens: textura

Ventos do Catarina nas imagens dos satélites A análise de ventos de cartas meteorológicas associada a imagens de satélite é geralmente utilizada na meteorologia operacional como um produto auxiliar na análise diagnóstica do tempo. Como exemplo, serão exibidos algumas imagens de barbelas de ventos junto a imagens no infravermelho do satélite geoestácionario GOES-12 (~36.000 km de altura) durante atuação do Catarina no Atlântico Sul, disponibilizadas pelo Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS) – University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center.

Ventos em níveis baixos e médios Nuvem vírgula invertida GOES 24.03.2004 18:00 UTC

Como é calculado a barbela de vento junto a imagens dos satélites? Um vetor é obtido através do deslocamento de um alvo (nuvem) entre duas imagens. Controle de qualidade da informação: Correlação entre os vários vetores representando um alvo. Rejeição de velocidades menores. Consistência temporal.

Como é calculado a altura da barbela de vento junto a imagens dos satélites? Considera-se que o nível de pressão de um dado vetor é igual ao nível de pressão onde a temperatura da atmosfera é igual à temperatura de brilho infravermelho da nuvem. O CPTEC usa o perfil de temperatura e pressão da análise do modelo.

Ventos em níveis baixos e médios GOES 25.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis baixos e médios GOES 27.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis baixos e médios GOES 28.03.2004 18:00 UTC

A seguir, serão exibidas imagens de barbelas de ventos da troposfera superior junto a imagens no infravermelho do satélite GOES, que mostra o comportamento da corrente de jato durante a ocorrência do fenômeno Catarina.

Ventos em níveis médios e altos GOES 24.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos Ventos com circulação ciclônica GOES 25.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos Ventos divergindo anticiclonicamente GOES 26.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos GOES 27.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos GOES 28.03.2004 18:00 UTC

Um dos problemas geralmente observado é quando tem-se forte cizalhamento do vento na vertical em uma fina camada da atmosfera. Assim, nas análises nota-se que embora os vetores sejam colocados em um mesmo nível, na realidade estão em níveis diferentes próximos entre si. O mesmo tipo de diagnóstico de vento pode ser feito com imagens do vapor d’água. Porém, a umidade na alta troposfera não é bem representada pelo modelo. Na literatura alguns estudos utilizam a reanálise do NCEP/NCAR. Assim, para níveis menores que 300 hPa os valores de umidade são interpolados linearmente (considerando 0% em 50 hPa).

Ventos em superfície do Catarina (~10 m de altura) de estimativas baseadas em sensores de satélites (apenas sobre o oceano). Os dados de ventos atualmente disponibilizado pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) são: A direção e intensidade do vento estimada pelo radiômetro SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager). Essa estimativa tem uma resolução de 25 km e uma precisão de aproximadametne 2 m/s. A bordo do satélite de órbita polar QuikSCAT, oferece um mapeamento global com uma freqüência em geral de 4 horas.

Exemplo de estimativa de vento baseada em satélite durante ocorrência do Catarina no Atlântico Sul. Dia 25.03.04 as 20:22 TMG Estimativas de vento na ordem de 75 km/h

Dia 26.03.04 as 08:45 TMG Barbelas com ventos acima de 50 nós (>100 km/h)

Dia 26.03.04 as 08:45 TMG Dia 27.03.04 as 21:15 TMG Catarina atingiu o continente.

Convecção no Catarina mostrada através de imagens realçadas pelos topos frios de nuvens com grande desenvolvimento vertical. Infravermelho realçado (Satélite GOES-12)

Referências Bibliográficas: HOLTON, JR., 1992: An introduction to dynamic meteorology. Academic Press 511 p. HOUZE, R.A., 1993: Cloud Dynamics. Academic Press, 23, 406-436. http://cimss.ssec.wisc.edu/ (09/10/2004) LAURENT, H., N. ARAI, B. FOMIN, L.A.T. MACHADO, e M.ªGONDIM, 2002: Extração do vento utilizando imagens de satélite no CPTEC: Nova versão e avaliação dos dados do WETAMC/LBA e dados operacionais da DAS/CPTEC. Rev.Bras.Meteor., 17, 113-123.