Apostilar de Climatologia e Metereologia

Apostilar de Climatologia e Metereologia

(Parte 16 de 20)

Esses centros de ação estão ligados por uma célula de circulação de grande escala no sentido zonal, isto é de leste-oeste (denominada de célula de Walker), com ramo ascendente no Pacífico oeste e ramo subsidente no Pacífico leste.

O acoplamento oceano-atmosfera nos trópicos: O fenômeno El Niño Oscilação Sul (ENOS)

 Os mecanismos físicos envolvidos no acoplamento oceano-atmosfera sobre a região tropical ainda não são muito bem entendidos. O que se tem como consenso é que os padrões anormais no campo das anomalias de TSM surgem da dinâmica interna do próprio oceano.

 A OS funciona como um balanço de massa atmosférica de grande escala, envolvendo trocas de ar entre os hemisférios leste e oeste, centrados nas latitudes tropicais e subtropicais, sendo que os centros de ação localizam-se sobre a Indonésia e no Oceano Pacífico tropical sul.

 Esses centros de ação estão ligados por uma célula de circulação de grande escala no sentido zonal, isto é de leste-oeste (Célula de Walker) Figura 3.1.

Principais características oceânicas e atmosféricas associadas ao El Niño são:

 Sobre o Pacífico leste, onde há normalmente águas frias, aparecem águas mais quentes do que o normal;

 Os ventos alísios diminuem sensivelmente sua intensidade;

 As pressões no Pacífico leste ficam abaixo do normal, enquanto que no Pacífico oeste as pressões ficam acima do normal;

 A presença de águas quentes e convergência de umidade favorecem à formação de nuvens convectivas profundas sobre o Pacífico centro-leste;

 A célula de Walker modifica-se totalmente Figura 3.1:

 sobre o Pacífico oeste (Austrália e Indonésia), onde havia o ramo de ar ascendente, durante o ano de El Niño passa a apresentar um ramo de ar descendente que inibe a formação de nuvens.

 sobre o Pacífico leste (Peru e Equador), onde havia o ramo de ar descendente, durante o El Niño passa a apresentar o ramo de ar ascendente que é favorável a formação de nuvens.

 sobre a Bacia do Atlântico Equatorial, incluindo o leste da Amazônia e Semi-Árido Nordestino aparece a predominância de um ramo de ar descendente que inibe a formação de nuvens.

Figura 4.2 – A) Condições Normais (Célula de Walker; B) condições de El-Niño (Célula de Walker com subsidência sobre o Nordeste do Brasil); e C) Condições de La Niña

15.6. - Sistema de Grande Escala – Dipolo do Atlântico

Moura e Shukla (1981) propõem que um possível mecanismo para ocorrência de anos secos (falta de chuva) sobre o NEB seja o estabelecimento de uma circulação térmica direta local (definida como Dipolo do Atlântico), que modifica a circulação normal de Hadley, a qual tem seu ramo ascendente em torno de 10N e seu ramo descendente sobre o NEB, Amazônia oriental e regiões oceânicas vizinhas. Esta circulação anômala seria resultante do aquecimento devido à anomalia de TSM quente sobre o norte do Atlântico Tropical, associada a um aumento de convecção úmida e produção de nebulosidade, e o resfriamento associado com anomalia fria de TSM ao sul do Atlântico Tropical, com inibição de formação de nuvens. Os efeitos combinados da subsidência termicamente forçada e a redução da evaporação e da convergência do fluxo de umidade produzem severas condições de seca sobre o NEB. Quando as anomalias estão invertidas, isto é, TSMs mais quentes no sul e mais frias no norte, existe condição de chuvas intensas no NEB (Figura 4.1).

Figura 4.1 – Circulação Térmica direta sobre o Oceano Atlântico (Dipolo)

15.7. - Sistemas Meteorológicos que atuam no Nordeste do Brasil

Existem pelo menos quatro principais sistemas atmosféricos que produzem a precipitação no NEB: a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) (Serra, 1941; Hastenrath e Heller, 1977); as Frentes Frias do sul ou as bandas de nebulosidade associadas a esses sistemas sinópticos (Serra, 1941; Aragão, 1976; Kousky, 1979); os Distúrbios de Leste ou Ondas de Leste (Yamazaki e Rao, 1977; Chan, 1990); os Ciclones na Média e Alta Troposfera do tipo Baixas Frias, conhecidos como Vórtices Ciclônicos de Ar Superior - VCAS (Aragão, 1976; Virji, 1981; Kousky e Gan, 1981). Além destes os sistemas de mesoescala brisas Terrestre e Marítima e os ventos Vale-Montanha produzem chuvas no NEB (Kousky, 1980).

Outros três sistemas meteorológicos de escala sinóptica e planetária, também, influem nas chuvas da região: a posição e intensidade do sistema de Alta Pressão Subtropical do Atlântico Sul com sua variabilidade sazonal (Lima, 1990; Hastenrath e Lamb, 1977); a posição e intensidade da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) (Kayano et al., 1990), e o deslocamento para leste das células convectivas de circulação tropical associadas com a Oscilação 30-60 dias de Madden e Julian (Kayano et al., 1990).

Os sistemas meteorológicos agem diferentemente em anos de episódios extremos de precipitação, com variações significativas em seus períodos de atuação, e em suas estruturas e intensidades (Harzallah et al. 1996).

Descreveremos sobre os cinco principais sistemas meteorológicos, a seguir.

15.7.1. - A Zona de Convergência Intertropical

A Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) é o principal sistema de produção de chuvas no semi-árido. Este sistema segue, aproximadamente, o movimento aparente do Sol, em sua trajetória sazonal do Trópico de Câncer (23o 27’N) ao Trópico de Capricórnio (23o 27’S) e atua sobre o semiárido do NEB, principalmente, nos meses de março e abril. Em alguns anos, a ZCIT também está presente nos meses de fevereiro e maio (Uvo, 1989). A Figura 2.1 mostra a atuação deste sistema com uma inclinação bastante favorável às chuvas no setor norte do Nordeste. Por outro lado, em anos nos quais a ZCIT não atua, nos meses de março ou abril, todos os estados sofrem com a redução de chuvas, principalmente o semi-árido do Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba e Pernambuco.

A ZCIT apresenta uma escala de tempo sazonal e sua localização futura pode ser prevista com alguns meses de antecedência a partir, dentre outros aspectos, das características da TSM. Contudo, as chuvas intensas ocorridas em algumas áreas “dentro” da ZCIT só são geralmente previstas com poucas horas de antecedência.

Rao e Marques (1984), mostraram que a variação de direção no fluxo de umidade sobre o NEB, associado à convergência em baixos níveis, é importante para a qualidade do período chuvoso no NEB. Eles sugerem que o mecanismo produtor de precipitação está conectado com a ZCIT.

Uvo e Nobre (1989), mostrou que a ZCIT, permanecendo próxima de suas posições mais ao sul (Hemisfério Sul), define a qualidade da estação chuvosa no NEB.

Figura 2.1 – Imagem do satélite GOES 8, setorizada, composta (canal infravermelho, visível e vapor), indicativa do posicionamento da ZCIT em 19/04/2001 às 10h00.

15.7.2. - Frentes frias

As frentes frias, em muitos episódios, não atuam diretamente sobre os estados nordestinos. A Figura 2.2 mostra um dos poucos episódios quando uma frente fria atingiu o NEB, com a banda de nebulosidade associada a um ciclone de média latitude se estendendo do oceano até o interior da região, passando ao norte de Salvador. As bandas de nebulosidade, com algumas exceções são na verdade remanescentes de frentes frias que avançam sobre o centro-sul do Nordeste nos meses de dezembro a fevereiro (Virji, 1981). Na sub-região Agreste/Litoral, esses sistemas podem influenciar na precipitação nos meses de maio a agosto, interagindo, em alguns casos, com outros sistemas meteorológicos. Kousky (1979) já havia mostrado que certos episódios de chuvas intensas no leste do NEB estão associados à presença de frentes frias, ou resquícios destas, localizadas no centro-sul do NEB.

Os sistemas frontais são detectados nos modelos de análise e previsão do tempo dos diversos Centros Meteorológicos, os quais estão disponíveis na Internet. Porém, as características de mesoescala associadas a esses sistemas, tipo Linhas de Instabilidades e Complexos Convectivos são melhores observadas através de modelos de mesoescala, ao invés de modelos de circulação geral, devido ao fato de que os modelos de mesoescala possuem grade mais refinada e os processos físicos podem ser mais bem simulados.

Figura 2.2 – Imagem do satélite METEOSAT 5, setorizada, no canal infravermelho, indicativa do posicionamento de uma frente fria em 21/11/95 às 09h30min.

15.7.3. - Distúrbios de leste ou Ondas de Leste

Em geral, os Distúrbios de Leste ou Ondas de Leste (Fig. 2.3) são perturbações de pequena amplitude observadas nos campos de vento e pressão à superfície, atuantes no leste do Nordeste (Yamazaki e Rao, 1977; Chan, 1990), desde o Rio Grande do Norte até a Bahia, no período de maio a agosto. Apesar da sua pequena amplitude, as ondas de leste podem produzir chuvas intensas particularmente em áreas costeiras. A aproximação de conglomerados de nuvens associados a distúrbios de leste na costa do NEB pode ser observada através de imagens de satélites, porém, em algumas situações, a nebulosidade associada a esse sistema é estratiforme (causadora de chuvas de intensidade fraca a moderada) e se intensifica quando o mesmo já se encontra próximo ao continente.

Figura 2.3. Imagem do satélite METEOSAT 5, setorizada, no canal infravermelho, indicativa da atuação de um aglomerado de nuvens associado a distúrbios ondulatório de leste em 02/06/94 às 03h00.

15.7.4. - Vórtices ciclônicos

Os Vórtices Ciclônicos da Atmosfera Superior (VCAS) que atuam sobre o NEB são, na maioria dos casos, de origem tropical e muito persistentes em geral. Eles têm os centros mais frios que as suas bordas e são também chamados de baixas frias (“cold lows”). Por esse motivo, em grande parte dos centros o movimento é descendente, inibindo a formação de nuvens, enquanto que o movimento é ascendente nas suas bordas que possuem nebulosidade. Frank (1970) observou que o tempo de vida dos ciclones tropicais frios varia consideravelmente, de algumas semanas a algumas horas. A circulação ciclônica associada a esses vórtices é mais intensa entre os níveis de 500 e 300 hPa. A sua atuação ocorre de forma muito irregular já que estes sistemas tanto podem produzir chuvas intensas como estiagens em qualquer área do NEB (Aragão, 1975), dependendo do seu posicionamento. A maioria das estiagens ocorre nas áreas que ficam abaixo dos centros desses sistemas. Caso o tempo de vida dessas estiagens oscile de uma a três semanas, os períodos de estiagens são denominados veranicos, prejudicando as plantações.

Figura 2.4. Imagem do satélite GOES 8, setorizada, no canal infravermelho, indicativa da atuação de um aglomerado de nuvens associado a vórtice ciclônico da alta troposfera em 29/03/01 às 15h00.

15.7.5. – Brisas

As brisas são observadas no Litoral e Zona da Mata do NEB durante todo ano. Entretanto, são observadas com maior definições nos meses de outono e inverno, principalmente, quando da atuação de sistemas meteorológicos que ocorrem nesta época do ano. Em geral, produzem chuvas de intensidade fraca a moderada.

Kousky (1980) investigou a variação diária da precipitação no NEB para o período de 1961 a 1970 e concluiu que a costa leste, em média, apresenta um máximo noturno devido à convergência entre a brisa terrestre e os ventos alísios, e um máximo diurno com até 300 Km de penetração no continente associado com o avanço da brisa marítima sobre a região.

Perrela (1993) observou em seus estudos sobre interpretação de imagens de satélite que as linhas de instabilidades sobre o NEB estão associadas com a penetração da brisa marítima.

16. EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO

    1. Evaporação

Em meteorologia o termo evaporação é usado para designar a transferência de água para a atmosfera, sob forma de vapor, decorrente, tanto da evaporação que se verifica no solo úmido sem vegetação, nos oceanos, lagos, rios e em outras superfícies hídricas naturais, como sublimação que se processa nas superfícies de gelo (geleiras, campos de neve etc.)

A água, H2O, constitui a base para todos processos químicos e fisiológicos que ocorrem na biosfera. A água pode se apresentar nos estados líquido, sólido e gasoso. Para mudança de fase da água há consumo de energia – 0,34 MJ na mudança do estado sólido para o estado líquido e 2,45 MJ quando da mudança do estado líquido para o gasoso (evaporação, Eo). Desse modo, para evaporar uma grama de água, há o consumo de certa quantidade de energia, chamada de calor latente de vaporização, L = 2,45 MJ Kg-1.

16.2. Evapotranspiração

É empregado para exprimir a transferência de vapor d’água para a atmosfera, proveniente de superfícies vegetadas. A evapotranspiração engloba duas contribuições: a evaporação da umidade existente no substrato (solo ou água) e a transpiração resultante da atividade biológica dos seres vivos que o habitam.

16.3. Fatores que afetam a evaporação

16.3.1. Fatores Meteorológicos

Radiação Solar

A energia necessária para que a água passe da forma líquida para a forma gasosa é chamada de calor latente de vaporização (L  585 cal g-1) e é provida pela energia do sol. A radiação solar incidente é a principal fonte de energia para o processo de evaporação da superfície da Terra. A evaporação em escala global, varia de acordo com a variação latitudinal da radiação solar.

Temperatura

Tanto a temperatura do ar como àquela da superfície evaporante são importantes para o processo de evaporação. Quanto mais alta for a temperatura do ar, mais água esse ar é capaz de reter, e semelhantemente, se a temperatura da superfície é alta, mais água é evaporada. Assim a taxa de evaporação tende a ser alta nas regiões tropicais e baixa nas regiões polares. Situações semelhante ocorrem entre as estações de verão e inverno nas latitudes médias. Nas latitudes tropicais entretanto a taxa de evaporação tende a ser alta durante a maior parte do ano, já que a energia solar disponível mantém-se elevada ao longo do ano, sendo reduzida apenas nos meses da estação chuvosa.

Umidade do Ar

Como esta variável depende da temperatura, esta age indiretamente. A taxa de evaporação é proporcional à diferença entre a umidade real e de saturação do ar às temperaturas consideradas. À medida que a temperatura decresce numa mesma umidade absoluta do ar, haverá aumento de umidade relativa e queda de evaporação.

Vento

O movimento do ar, levando o ar úmido que envolve a massa líquida até o ar seco, promove variação na perda de águas pelas superfícies líquidas. Entretanto, sua influência vai até um certo valor crítico, quando outras variáveis podem atuar mais intensamente. O vento diminui a espessura da “camada limite” das folhas. No entanto comparada a radiação solar, a velocidade do vento tem influência secundária nas taxas de evaporação, mas em determinadas condições de umidade do ar, sua interferência tende a aumentar, à medida que sua temperatura decresce.

16.3.2. Fatores Geográficos

Qualidade da Água

O aumento de um por cento na salinidade da água faz decrescer em cerca de um por cento a evaporação, devido a queda de pressão de vapor da água salinizada. O turvamento afeta o albedo e consequentemente o balanço de calor, tendo um efeito indireto.

Profundidade, Forma e Tamanho de Massas d’água

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