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INPE-14483-TDI/1164
O JATO EM BAIXOS NÍVEIS NA AMÉRICA DO SUL:
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO MODELO Eta/CPTEC
DURANTE O SALLJEX
Gláucia Meira Carneiro
Dissertação de Mestrado do Curso de Pós-Graduação em Meteorologia, orientada pelo
Dr. Carlos Afonso Nobre, aprovada em 1º de abril de 2005.
INPE
São José dos Campos
2007
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523.03
Carneiro, G. M.
O jato em baixos níveis na América do Sul: avaliação
do desempenho do modelo Eta/CPTEC durante o Salljex
/ Gláucia Meira Carneiro. - São José dos Campos: Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), 2005.
129 p.; (INPE-14483-TDI/1164)
1. Jato em baixos níveis (JBN). 2. Salljex. 3. NCEP.
4. Modelo Eta. 5. Critério de Bonner. I. Título.
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“É graça divina começar bem.
Graça maior persistir na caminhada certa.
Mas a graça das graças é não desistir nunca.”
Dom Helder Câmara
A meu eterno Deus,
a meus familiares,
a meu amado esposo José Luiz e
a meu primogênito Iago.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todas as pessoas que de uma forma ou de outra me ajudaram a
vencer mais uma etapa de minha vida. E que etapa!
Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), pela oportunidade de
estudo e ao CPTEC, pela utilização de suas instalações.
À Fundação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo
aux?lio financeiro de dois anos de bolsa de mestrado.
À Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP), através do
projeto SALLJEX e a seu responsável, Dr. José Antônio Marengo por me dar a
oportunidade de participar da campanha de campo e dos objetivos do projeto.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq),
pela concessão do projeto AC 61 do programa PROSUR, liderado pelo Dr.
Marcelo Enhique Seluchi do qual participei durante a realização desta
dissertação.
Aos professores do INPE pelo conhecimento compartilhado, em especial à Dra.
Chou Sin Chan e ao Dr. Marcelo Enhique Seluchi que me incentivaram a fazer
o mestrado.
Ao orientador Dr. Carlos Afonso Nobre, pela orientação e apoio na realização
deste trabalho.
Ao Dr. Marcelo Enhique Seluchi, pelo apoio fundamental para a conclusão
desta dissertação, visto sua habilidade em transmitir todo o seu conhecimento.
Aos amigos do Grupo de Previsão de Tempo (CPTEC/INPE), por todo
incentivo. Ao Grupo IO (CPTEC/INPE) que muito me ensinou sobre o modelo
Eta, em especial ao Jorge Gomes que com muita paciência me fez aprender
que os obstáculos são sempre motivos para o nosso aprendizado.
A meus grandes amigos Dirceu Herdies e Paulo Kubota, pelo companheirismo
e amizade demonstrados durante todo o período de estudo e que muito me
ensinaram sobre muitos softwares que facilitam a vida do meteorologista.
Às secretárias Lílian e Maíra que muito me ajudaram na burocracia do dia-a-
dia. A Ney, pelas caronas diárias. Às bibliotecárias, em especial a Alice
(CPTEC), que com muita paciência sempre me ajudou. Aos guardinhas do
INPE, pelo sorriso constante.
A meus amados pais, Marizete e Nabor, à minha bá, Arlinda, ao meu melhor
irmão, Gebson e sua fantástica família Sídia, Gleidson e Jéssica que tanto me
amaram, ajudaram, encorajaram durante toda a vida.
A meus mais novos pais, Dona Agostinha e Seu José, às minhas novas irmãs
Marili, Malu, Marinês, Marilena e Mônica, aos sobrinhos Laís, Lucas e Éster
Maria, aos concunhados Celso e Eduardo, que souberam entender minha
ausência.
À minhas melhores amigas Alciane, Andréia e Keila.
A meu amado esposo que soube me entender, amar, perdoar...nos momentos
mais difíceis.
A meu filho que esta sendo gerando em meu ventre há três meses.
A Deus, o meu amado. Aquele que sempre me ouve, me acalma, enxuga
minhas lágrimas, me faz sorrir com seus maravilhosos milagres e que me
ensina a procurar o caminho mais correto por mais difícil que seja.
RESUMO
Um dos sistemas meteorológicos que adquiriu maior importância nos últimos
tempos na América do Sul é, sem duvida, o Jato de Baixos Níveis (JBN),
devido a sua influência na variabilidade da temperatura, umidade e precipitação
na região central do continente. Por esse motivo a comunidade cientifica se
dedicou a realização de campanhas intensivas de medição, como por exemplo,
o South American Low Level Jet Experiment (SALLJEX), com a intenção de
mitigar, pelo menos parcialmente, a grande falta de informação na região de
atuação do JBN. Este estudo tem como principal objetivo realizar uma
avaliação da capacidade do modelo regional Eta/CPTEC em prever e simular
os eventos de JBN. A metodologia utilizada consistiu na comparação das
saídas do modelo Eta/CPTEC da versão operacional (40 km) e da versão
experimental (20 km) com os dados de radiossondagem realizados nas
estações de Santa Cruz, Resistencia e Santiago, coletados durante o
SALLJEX. O estudo se concentrou no período 1 a 10 de fevereiro de 2003, o
qual esteve marcado fundamentalmente, pela atuação da baixa termo-
orográfica à leste dos Andes, que permitiu a aceleração geostrófica dos ventos
de norte na região subtropical. Alguns experimentos numéricos também foram
realizados com o objetivo de analisar o possível impacto de determinados
fatores numéricos, como a resolução horizontal, o tamanho do domínio de
integração e as condições de contorno, nos resultados. Ambas as versões do
modelo conseguiram prever com uma boa acurácia as características
fundamentais dos JBN, ainda que o modelo Eta de 20 km não tenha fornecido
um ganho significativo nas previsões quando comparados com o modelo Eta
40 km. O modelo também conseguiu reproduzir satisfatoriamente as condições
meteorológicas nos casos de JBN inativos, embora para a estação de Santiago
o modelo apresente uma superestimativa da velocidade do vento meridional.
Em geral, não foram detectadas grande diferenças no desempenho do modelo
para os distintos prazos de previsão, evidenciando um maior êxito nas
previsões superiores a 36 horas de antecedência, embora, haja uma
subestimativa na condição inicial obtida através das análises do NCEP. Sendo
assim, ressalta-se que o modelo possui a física adequada para reproduzir as
características dos JBN quando a situação de escala regional é
suficientemente capturada nas condições iniciais. A análise espacial mostrou
novamente um bom desempenho do modelo, visto que o erro médio e o desvio
padrão não eram significativos na região de atuação do JBN. As diferentes
simulações realizadas com ambas as versões do modelo Eta/CPTEC
mostraram, em geral, que o ganho com a utilização de condições de contorno
analisadas (análises do NCEP) foi pouco significativo, porque o fator
determinante da qualidade da integração de curto prazo são as condições
iniciais comum entre as rodadas. Através do estudo dos campos médios de
temperatura, umidade específica e transporte de vapor durante o período
analisado, utilizando as simulações realizadas com um prazo de 36 horas,
pôde se comprovar que a atuação do JBN exerce uma forte influência sobre a
variabilidade da precipitação na região subtropical da América do Sul, à leste
dos Andes, incluindo a Região Sul do Brasil, Bolívia, Paraguai, Uruguai e norte
da Argentina.
THE LOW LEVEL JET IN SOUTH AMERICAN: VALUATION OF THE
Eta/CPTEC MODEL PERFORMANCE DURING THE SALLJEX
ABSTRACT
One of the meteorological systems that acquired great importance in South
America during the last years is, undoubtedly, the Low Level Jet (LLJ), mostly
due to its probable influence on the temperature, humidity and precipitation
variability on the central region of the continent. The major attention that the
scientific community gave to this system motivated the organization of intensive
measure campaigns, as the experiment SALLJEX, tending to reduce at least
partially, the lack of information in the LLJ region. The main objective of this
study is to perform an evaluation of the ability of the Eta/CPTEC regional model
to forecast and simulate some events of LLJ. To this purpose comparisons
between model outputs (an operational version (40km) and a experimental one
(20 km)) and radiosonde data collected at Santa Cruz, Resistencia and
Santiago stations, during the SALLJEX were done. The work was concentrated
in the period from February, 1
st
to February, 10
th
, 2003, which was characterize,
for the presence of the thermal-orographic low to the east of Andes that allowed
a geotrophic acceleration of northerly winds on the subtropical region. Some
experiments has been performed in order to analyze the possible impact of
some numeric factors into results, such as the horizontal resolution, the size of
the integration domain and the boundary conditions. Both model versions
succeeded in accurately forecasting/simulating the main features of the LLJ.
The Eta 20 km version did not show a significant forecast improvement when
compared to the Eta 40 km. Eta Model was also successful in reproducing the
meteorological conditions in the cases of inactive LLJ, although it showed a
slight tendency to overestimate the southern wind at Santiago station. In
general model performance was relatively independent of the forecast lead
times, even showing e slight improvement when the forecast lead-time was
greater than 36 hours. This fact is possibly influenced by the systematic
underestimation of the NCEP analysis, used as initial condition. Results make
evident that the Eta model has an adequate physical package in order to
reproduce the main features of the LLJ, if the regional scale meteorological
situation is corrected captured by the initial conditions. The horizontal variability
of the LLJ was also well captured by the model since mean and standard errors
were no significant in the region affected by the LLJ. Both 40km and 20 km
Eta/CPTEC model simulations showed that the use of analyzed boundary
conditions (NCEP) did not cause a significant impact.
Studying the mean fields of temperature, specific humidity and humidity
transport during the analyzed period, it is possible to conclude that LLJ has a
strong influence on the precipitation variability in the subtropical South America,
to the east of the Andes, including the Southern Brazil, Bolivia, Paraguay,
Uruguay and north of Argentina.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
CAPITULO 1 – INTRODUCÃO..................................................................
27
1.1 – Considerações Gerais.......................................................................
27
1.2 – Objetivos............................................................................................
32
CAPITULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRAFICA.............................................
35
2.1 – Características e Variabilidade dos JBN na AS................................
35
2.2 – Mecanismos de Formação do JBN na AS.........................................
38
2.3 – O JBN e sua Relação com Outros Sistemas Meteorológicos...........
40
2.3.1 – O JBN e sua Relação com os CCM.. .............................................
40
2.3.2 – O JBN e sua Relação com os ZCAS..............................................
41
2.3.3 – O JBN e sua Relação com os BNOA.............................................
43
CAPITULO 3 – DADOS E METODOLOGIA..............................................
45
3.1 – Dados Utilizados................................................................................
45
3.1.1 – Dados Observacionais do SALLJEX..............................................
45
3.1.2 – Análise do NCEP............................................................................
46
3.1.3 – Modelo Regional Eta/CPTEC.........................................................
49
3.2 – Metodologia........................................ ...............................................
52
3.2.1 – Experimentos Numéricos com o Modelo Eta 40 km
(operacional).................................................... ...............................
53
3.2.1.1 – Modo Previsão............. ................................................................
53
3.2.1.2 – Modo Simulação..........................................................................
53
3.2.2 – Experimentos Numéricos com o Modelo Eta 20 km
(experimental).... .............................................................................
54
3.2.2.1 – Modo Previsão.............................................................................
54
3.2.2.2 – Modo Simulação..........................................................................
54
CAPITULO 4 – RESULTADOS..................................................................
55
4.1 – Analise Sinótica.................................................................................
55
4.2 – Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km
e as Observações..............................................................................
67
4.2.1 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santa Cruz de la
Sierra... ......... .............................................................. ................ .. ..
67
4.2.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santiago del
Estero....................................................................... ......................
70
4.2.3 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Resistência............
74
4.3 – Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km
e as Observações.................................................... ...................... ....
78
4.3.1 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santa Cruz de la
Sierra........................................................................ .................. .. ..
78
4.3.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santiago d el
Estero................................................................ ........................... ..
80
4.3.3 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Resistência.......... ..
84
4.4 – Comparação entre as Simula ções Numéricas do Modelo E ta 40
km e as Observações........................................................................
87
4.4.1 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santa Cruz de la
Sierra.................................................................... ........................ ..
87
4.4.2 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santiago del
Estero....................................................................... .................... ..
89
4.4.3 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Resistência.........
90
4.5 – Comparação entre as Simula ções Numéricas do Modelo Eta 20
km e as Observações........................................................................
91
4.5.1 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santa Cruz de la
Sierra.................................................................... ........................ ..
91
4.5.2 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santiago del
Estero........................................................................................... ..
93
4.5.3 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Resistência.........
93
4.6 – Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta e as
Analises do NCEP T126L28............................................................ ..
93
4.6.1 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x NCEP................... ..
93
4.6.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x NCEP................... ..
105
4.7 – Influê ncia do JBN no Padrão de Temperatura, Umidade Especifica
e Transporte de Umidade........................ ........................................ ..
107
CAPITULO 5 – CONCLUSÕES E PESQUISAS FUTURAS.....................
113
5.1 – Conclusões........................................................................................
113
5.2 – Pesquisas Futuras.............................................................................
116
REFER ÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................
119
LISTA DE FIGURAS
Pág.
1.1 Modelo Conceitual do JBN na AS. 29
2.1
Média sazonal (JFM) da altura geopotencial de 850 hPa para as
simulações de (a) 1998 e (b) 1999. A unidade está em metros.
39
2.2 Fluxo de umidade integrado verticalmente (vetor
es) e divergência
do fluxo de umidade integrado verticalmente (sombreado) para o
período ZCAS em (a) e NZCAS em (b), utilizando o conjunto de
análises do DAO/NASA. As unidades estão em mm/dia e os
vetores em kg/(ms).
42
3.1 Mapa das estações de c
oletas de dados do SALLJEX utilizadas
neste estudo.
46
3.2 Média do perfil vertical do vento (em m/s) para os dados
observados para casos com JBN na América do Sul, calculado
pelos dados de balão piloto e para as saídas do modelo Eta (a).
(b) Mesmo que (a), mas para a direção média do vento.
51
4.1
Pressão ao NMM (linha) e vento (vetor) em 925 hPa (a).
Umidade específica (sombreado) e vento (linha) em 850 hPa (b).
Espessura da camada 500/1000 hPa (sombreado) e vento (linha)
em 500 hPa (c). Vento em 250 hPa (linha) (d) para o dia 1 de
fevereiro de 2003.
57
4.2 Como a figura 4.1 para o dia 2 de fevereiro de 2003. 58
4.3 Como a figura 4.1 para o dia 3 de fevereiro de 2003. 59
4.4 Como a figura 4.1 para o dia 4 de fevereiro de 2003. 61
4.5 Como a figura 4.1 para o dia 5 de fevereiro de 2003. 62
4.6 Como a figura 4.1 para o dia 6 de fevereiro de 2003. 63
4.7 Como a figura 4.1 para o dia 7 de fevereiro de 2003. 65
4.8 Como a figura 4.1 para o dia 8 de fevereiro de 2003. 66
4.9
Perfil vertical (lado esquerdo) e erro (lado direito) médio do vento
meridional para Santa Cruz para o período de 1 a 10 de fevereiro
de 2003 em casos de JBN as 06 Z. Dados observados estão em
preto, à análise em roxo e as previsões do mode
lo Eta 40 km com
12, 24, 36, 48 e 60 horas de antecedência em azul escuro, azul
claro, verde, laranja e vermelho respectivamente.
68
4.10
Como a Figura 4.9 em casos de JBN as 18 Z. 69
4.11
Como a Figura 4.9 para o dia 2/fev/2003 em caso de N
JBN as 06
Z.
69
4.12
Como a Figura 4.9 para
o dia 2/fev/2003 em caso de NJBN as 18
Z.
70
4.13
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de JBN as 06 Z. 71
4.14
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de JBN as 12 Z. 71
4.15
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 00 Z. 72
4.16
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 06 Z. 72
4.17
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 12 Z. 73
4.18
Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 18 Z. 73
4.19
Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 00 Z. 74
4.20
Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 06 Z. 75
4.21
Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 12 Z. 75
4.22
Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de NJBN as 00 Z. 76
4.23
Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de NJBN as 18 Z. 76
4.24
Como a Figura 4.9 para
Resistencia em casos de NJBN ocorrido
no dia 6/fev 2003 as 12 Z.
77
4.25
Como a Figura 4.9 para Re
sistencia em casos de NJBN ocorrido
no dia 10/fev 2003 as 06 Z.
77
4.26
Perfil vertical (lado esquerdo) e erro (lado direito) médio do vento
meridional para Santa Cruz para o período de 1 a 10 de fevereiro
de 2003 em casos de JBN as 06 Z. Dados obser
vados estão em
preto, à análise em roxo e as previsões do modelo Eta 20 km com
12, 24, 36, 48 e 60 horas de antecedência em azul escuro, azul
claro, verde, laranja e vermelho respectivamente.
79
4.27
Como a Figura 4.26 em casos de JBN as 18 Z. 80
4.28
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de JBN as 06 Z. 81
4.29
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de JBN as 12 Z. 81
4.30
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 00 Z. 82
4.31
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 06 Z. 82
4.32
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 12 Z. 83
4.33
Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 18 Z. 83
4.34
Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 00 Z. 84
4.35
Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 06 Z. 85
4.36
Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 12 Z. 85
4.37
Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de NJBN as 00 Z. 86
4.38
Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de NJBN as 18 Z. 86
4.39
Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica do
modelo Eta 40 km, em casos de JBN as 06 Z.
88
4.40
Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica do
modelo Eta 40 km, em casos de JBN as 18 Z.
89
4.41
Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica do
modelo Eta 40 km em casos de NJBN ocorridos em Santiago as
00 Z.
90
4.42
Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica do
modelo Eta 40 km em casos de JBN oco
rridos em Resistencia as
00 Z.
91
4.43
Como a Figura 4.26 para Santa Cruz em casos de JBN as 06 Z. 92
4.44
Como a Figura 4.26 para Santa Cruz em casos de JBN as 18 Z. 92
4.45
Campo do erro médio (lado direito) e do desvio padrão (lado
esquerdo)
do vento meridional, entre as análises do NCEP e as
previsões do modelo Eta 40 km com 12 (a), 24 (b), 36 (c), 48 (d) e
60 (e) horas de antecedência para as 00 Z n
o nível de 850 hPa,
para o período de 1 a 10 de fevereiro de 2003. Os valores de
vento meridional inferiores que -
11 m/s (ventos de norte maiores
a 11/ms) estão indicados por setas (análises do NCEP T126L28).
95
4.46
Como a figura 4.45 para as 06 Z. 98
4.47
Como a figura 4.45 para as 12 Z. 100
4.48
Como a figura 4.45 para as 18 Z. 103
4.49
Campo do erro médio (lado direito) e do desvio padrão (lado
esquerdo)
do vento meridional, entre as análises do NCEP e as
previsões do modelo Eta 20 km com 12 (a), 24 (b), 36 (c) e 48 (d)
horas de antecedência para as 06 Z no nível de 8
50 hPa, para o
período de 1 a 10 de fevereiro de 2003. Os valores de vento
meridional inferiores que -
11 m/s (ventos de norte maiores a
11/ms) estão indicados por setas (análises do NCEP T126L28).
105
4.50
Campo médio de temperatura no nível de 900 (a), 850 (b) e 700
(c) hPa para o período de estudo as 12 Z.
108
4.51
Campo médio da umidade específica para o período de 1 a 10 de
fevereiro de 2003 para as 12 Z, utilizando as simulações de 36
horas, para os níveis de 900 (a), 850 (b) e 700 (c) hPa.
109
4.52
Campo médio do transporte de umidade para o período de 1 a 10
de fevereiro de 2003 para as 12 Z, utilizando as simulações de 36
horas, para os níveis de 900 (a), 850 (b) e 700 (c) hPa.
110
LISTA DE TABELAS
Pág.
3.1
Latitude, longitude e altitude das estações de coletas de
dados do SALLJEX utilizadas neste estudo.
46
3.2 Distribuição das radiossondagens realizadas nas cidades de
Resistência, Santiago del Esteiro e Santa Cruz de la Sierra
para o período de 1 a 10 de fevereiro de 2003. Em verde
estão os dias e horários que não ocorreram JBN e em
laranja estão os dias em que ocorreram, segundo o Critério 1
de Bonner. Em cinza estão as radiossondagens que tiveram
poucas informações, impossibilitando sua utilização.
47
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AS – América do Sul
BNOA – Baixa do Noroeste Argentino
CCM – Complexos Convectivos de Mesoescala
CLIVAR – Climate Variability and Predictibility
CLP – Camada Limite Planetária
CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
ECMWF – European Center for Médium-Ranger Weather
Forecast
GFDL – Geophysical Fluid Dynamic Laboratory
HS – Hemisfério Sul
JBN – Jatos em Baixos Níveis
JCH – Jato do Chaco
MCGA – Modelo de Circulação Geral da Atmosfera
NCAR – National Centers for Atmospheric Reserarch
NCEP – National Centers for Environmental Prediction
NJBN – Não Jato em Baixos Níveis
NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration
OMM – Organização Meteorológica Mundial
OSU – Modelo de Superfície Oregon State University
PACS-SONET – Pan American Climate Study Program – Sounding
Network
PEO – Período Especial de Observações
PIO – Período Intensivo de Observações
SALLJEX – South American Low Level Jet Experiment
SCM – Sistemas Convectivos de Mesoescala
TSM – Temperatura da Superficie do Mar
VAMOS – Variability of American Monsoon System
ZCAS – Zona de Convergência do Atlântico Sul
27
CAPITULO 1
INTRODUÇÃO
1.1 – Considerações Gerais
A atuação do Jato de Baixos Níveis (JBN) é verificada há décadas em todos os
continentes, normalmente associada à presença de uma topografia elevada
(Stensrud, 1996). E isto é ratificado em alguns estudos realizados na: América
do Sul (Virji, 1981; Berri e Inzunza, 1993; Paegle, 1998), América do Norte
(Bonner, 1968; Arritt et al., 1997), África (Findlater, 1969; Kelbe, 1988),
Austrália (Wilson, 1975; Brook, 1985; Keenan et al., 1989), Ásia (Tao e Chen,
1987) e Antártica (Schwerdtfeger, 1974; Chiba e Kobayashi, 1986).
Os primeiros estudos sobre o JBN foram realizados por Goualt (1938) e
Farquharson (1939), que identificaram o JBN sobre a África. Duas décadas
depois, Blackadar (1957) utilizando uma vasta rede de informações
meteorológicas de superfície e altitude sobre os EUA, associou a ocorrência de
JBN com o topo da inversão térmica noturna, afirmando que o máximo da
velocidade do vento coincide com o topo dessa inversão. Esse autor também
identificou um importante ciclo diurno na intensidade dos JBNs, que
apresentam velocidades maiores no período da noite, com características
supergeostróficas. Posteriormente, Bonner (1968) ao fazer a primeira
climatologia do JBN para a região das Grandes Planícies nos EUA definiu
critérios de ocorrência baseados na intensidade do vento e no cisalhamento
vertical acima do nível do vento máximo. O Critério 1 de Bonner especifica que
o perfil vertical do vento precisa ter um máximo de, pelo menos, 12 m/s abaixo
de 1,5 km de altitude e que deve existir um decréscimo na velocidade do vento
de, pelo menos, 6 m/s por km abaixo do nível de 3 km. Nesse estudo ele
também apontou a ocorrência de ventos mais intensos em torno de 800 - 1000
m, formados principalmente no período noturno.
Whiteman et al. (1997) utilizando, praticamente, a mesma metodologia de
Bonner (1968), analisaram uma série mais completa de dados de ar superior,
28
com melhor resolução espacial e temporal (8 radiossondagens ao dia por 2
anos), de uma estação no centro-norte de Oklahoma, no sul das Grandes
Planícies, próximo ao eixo de máxima atuação do JBN. Este estudo mostrou
que os JBN são mais intensos (entre 15 e 21 m/s) e que a altura do máximo da
velocidade do vento encontra-se mais baixa (entre 300 e 400 m) do que
relatado por Bonner (1968). Este estudo, ainda, acrescentou que os JBN
ocorrem com maior freqüência no verão (47% das radiossondagens) do que no
inverno (45% das radiossondagens), visto que os JBN estão presentes em 46%
das radiossondagens.
O JBN na América do Sul (AS) tem sido um dos sistemas meteorológicos cujo
estudo adquiriu maior importância nos últimos tempos, sendo na atualidade
motivo de um grande esforço científico internacional que envolve a maioria dos
países sul-americanos. Estudos recentes baseados em poucas observações
e/ou em reanálises documentam algumas das características do JBN na AS.
(Nogués-Paegle e Mo, 1997; Douglas et al., 1998 e 1999; Dias, 2000; Marengo
et al., 2000; Misra et al., 2000; Nicolini e Saulo, 2000; Saulo et al., 2000,
Marengo e Soares, 2002, Marengo et al., 2004, entre muitos outros).
Os JBN na AS ocorrem à leste da Cordilheira dos Andes, desde latitudes
equatoriais até latitudes subtropicais, com uma extensão transversal de
dezenas ou até mesmo centenas de quilômetros. Devido à sua trajetória, o JBN
transporta vapor d’água do Oceano Atlântico equatorial e da Amazônia para o
sul do Brasil, norte da Argentina, Bolívia e Paraguai, favorecendo a ocorrência
de chuvas convectivas na região de convergência, situada na saída do jato.
Segundo Paegle (1998) o JBN pode também transportar e misturar substâncias
biogeoquímicas. Sanches (2001) verificou que o JBN, sobre a Bolívia,
direcionado no sentido noroeste-sudeste, contribui para o aumento da
convergência de umidade. A Figura 1.1 mostra o modelo conceitual do JBN na
AS, ilustrando o transporte de umidade acima descrito, e a localização dos
CCM, como também o efeito da topografia nos processos secos e úmidos
29
relacionados ao JBN e os termos do balanço de energia (calor latente e
sensível) no planalto Boliviano (Marengo et al., 2004).
A maioria dos estudos desenvolvidos a partir de modelos numéricos, reanálises
globais de baixa resolução espacial e temporal, observações de estações
isoladas ou de experimentos de campo de curta duração em pequenas regiões
mostram que a variabilidade do JBN na AS ocorre em todas as escalas de
tempo desde a diurna até possíveis variações de longo prazo (Paegle, 1998;
Marengo et al., 2002; Marengo e Soares, 2002 e Marengo et. al., 2004).
FIGURA 1.1 - Modelo Conceitual do JBN na AS.
FONTE: Marengo et al (2004).
Alguns estudos mostram certas semelhanças entre o JBN que ocorre a leste
dos Andes e o das Montanhas Rochosas (Bonner e Paegle, 1970; Rasmusson
e Mo, 1996; Nogués-Paegle e Mo, 1997; Paegle, 1998; Marengo e Soares,
2002), apesar dos Andes serem, comparativamente, mais estreitos e mais
altos. O JBN que ocorre nas Grandes Planícies transporta umidade do Golfo do
México para a parte central dos EUA (Douglas, 1995 e Berbery e Collini, 2000)
e o JBN na AS transporta ar úmido e quente da Bacia Amazônica para o sul da
AS (Nogués-Paegle e Mo, 1997, entre muitos outros). Uma outra semelhança é
30
que, tanto as Montanhas Rochosas como os Andes estendem-se
latitudinalmente até as latitudes altas, bloqueando a circulação no sentido zonal
e produzindo um efeito de canalização (Garreaud, 1999 e Seluchi e Marengo,
2000), o que contribui em ambos os casos, para a grande extensão latitudinal
dos JBN.
Uma das formas de estudar as principais características do JBN,
especialmente as ligadas à circulação de escala regional ou mesoescala, é por
meio de simulações numéricas. Uma das vantagens dos estudos numéricos é
que esses permitem resolver melhor a topografia da região e fornecer um
melhor detalhamento dos fenômenos de escalas menores que influenciam o
ciclo de vida dos JBN, assim como suas conseqüências à região (Nicolini et al.,
2002; Noglés-Peagle et al., 2002). Porém, eles dependem fortemente das
condições de grande escala fornecidas pelos modelos de circulação geral, que
apresentam resolução mais baixa. Os modelos numéricos possuem também
certas limitações para simular, de forma adequada, os processos de sub-grade
e alguns mecanismos complexos como a interação entre o solo, a vegetação e
a atmosfera.
Os modelos numéricos têm sido utilizados nos últimos dez anos por vários
pesquisadores para simular e analisar as características mais importantes do
JBN na AS (Paegle, 1998; Douglas et al., 1999; Dias, 2000 e outros). Um dos
primeiros experimentos numéricos foi realizado por Berri e Inzunza (1993), que
destacaram o papel do JBN na AS no transporte de umidade desde as latitudes
tropicais até as subtropicais. Posteriormente, Nogués-Paegle e Mo (1997),
Berbery e Collini (2000) e Saulo et al. (2000) observaram que esse transporte
produz chuvas nas latitudes médias e subtropicais durante o verão.
No que se refere ao papel da Cordilheira dos Andes, Figueroa et al. (1995) e
Gandu e Geisler (1991) mostraram através de simulações numéricas com
modelos de área limitada que durante a estação chuvosa o efeito dos Andes é
31
o de desviar o escoamento de umidade em baixos níveis dos trópicos para os
subtrópicos.
O modelo regional Eta/CPTEC tem mostrado um bom desempenho para
simular e prever sistemas e fenômenos meteorológicos típicos da AS. Em
particular, o modelo tem demonstrado grande habilidade para capturar
fenômenos fortemente influenciados pela orografia (Chou e Herdies, 1996),
como friagens (Satyamurty et al., 2001), vento Zonda (Seluchi et al., 2003 e
Silva, 2002), convecção no altiplano (Garreaud e Seluchi, 2002), JBN (Saulo et
al., 2000), ciclogêneses a sotavento dos Andes (Seluchi et al., 2001), entre
outros. Contudo, muitos estudos ainda precisam ser realizados para um maior
entendimento dos JBNs, principalmente na AS, devido à escassez de
observações, tanto de superfície como de ar superior. Essa escassez dificulta
as análises observacionais e a validação e avaliação dos modelos numéricos.
Nesse sentido, diversos projetos foram realizados para aprimorar o
conhecimento deste fenômeno. Entre esses está o Pan American Climate
Study Program - Sounding Network (PACS-SONET), financiado pela National
Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), que desde 1997 realiza
coletas de dados, utilizando balão piloto no setor oeste das Américas,
ampliando a rede de observações, para melhor estudar inúmeros sistemas
meteorológicos que atuam nesta região. Com base nesses dados alguns
estudos para caracterização do JBN foram realizados por Douglas et al. (1998)
e (1999), Douglas et al. (2000) e Marengo et al. (2002). Alguns destes
trabalhos serão comentados no Capítulo 2.
Visto que esse fenômeno afeta vários países da AS foi necessária uma maior
colaboração internacional para a realizar uma coleta de informações espacial e
temporal mais abrangente. Assim, coordenado pelo programa internacional de
Variabilidade do Sistema de Monção da América (VAMOS, Variability of
American Monsoon System), patrocinado pelo programa internacional de
Variabilidade e Previsibilidade de Clima (CLIVAR, Climate Variability and
32
Predictibility), associada à Organização Meteorológica Mundial (OMM), houve a
realização do projeto South American Low Level Jet Experiment (SALLJEX), no
período de 15 de novembro de 2002 a 15 de fevereiro de 2003, que envolveu
vários países da AS (Brasil, Argentina, Bolívia, Chile, Paraguai, Peru e Uruguai)
e os Estados Unidos. Maiores informações sobre os SALLJEX estão em
algumas páginas na internet:
http://www.joss.ucar.edu/salljex
http://www.salljex.at.fcen.uba.ar
http://www.nssl.noaa.gov/projects/pacs/web/html/salljex.html
O objetivo desta campanha foi promover, a partir dos dados observados, uma
descrição temporal e espacial mais detalhada da estrutura do JBN, avaliar a
representação numérica (previsão e análise) do JBN, identificar falhas nas
parametrizações dos modelos e um melhor estado inicial da atmosfera, para
então, obter uma melhor previsão de tempo, num futuro próximo. Evidencia-se,
portanto, uma oportunidade única de realizar um estudo de avaliação e
validação do modelo regional Eta com relação ao JBN na AS, a qual foi motivo
para a realização dessa dissertação de mestrado.
1.2 – Objetivos
A presente dissertação tem como objetivos principais:
1 - Analisar a habilidade do modelo regional Eta/CPTEC operacional e o
experimental para prever e simular as características fundamentais do JBN na
AS, tais como extensão vertical e horizontal, intensidade, altura, etc, para
períodos ativos e inativos do JBN, durante o período do SALLJEX.
2 - Estudar o impacto de fatores numéricos, tais como: resolução horizontal,
domínio de integração e condições iniciais e de contorno, na qualidade das
simulações/previsões do JBN na AS.
33
3 – Estudar os padrões de temperatura e umidade associados a períodos
ativos e inativos dos JBNs e inferir sobre a sua possível influência sobre as
chuvas na região subtropical da AS.
34
35
CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - Características e Variabilidade do JBN na AS
O JBN da AS localiza-se a leste dos Andes e estende-se desde as latitudes
tropicais até as latitudes subtropicais (James e Anderson, 1984; Gandu e
Geisler, 1991; Figueroa, 1995; Paegle, 1998; Douglas et al., 1999 e Saulo,
2000).
Estudos preliminares sobre a circulação atmosférica na AS, indicam a presença
de um escoamento de escala sinótica de norte-noroeste, no verão em baixos
níveis a leste dos Andes (Virji, 1981). Este estudo foi baseado em estimativas
de vento derivados do movimento das nuvens em um curto intervalo de tempo,
utilizando imagens de satélite. Cavalcanti (1982) ao estudar sobre interações
entre sistemas de circulação de escala sinótica e circulações locais observa
que a existência de um escoamento de escala subsinótica no mesmo sentido
do escoamento de grande escala conduz a uma aceleração do vento, na
região, podendo haver o desenvolvimento de JBN. James e Anderson (1984)
utilizando análises do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts
(ECMWF) identificaram a partir do vento médio em 850 hPa um pronunciado
escoamento de noroeste sobre o sul do Brasil durante todo o ano.
Outros estudos foram realizados para explicar a presença dos ventos intensos
de norte à leste dos Andes. Keenan et al., 1989 utilizando um modelo de duas
camadas em coordenadas isobáricas e Figueroa e Silva Dias (1990), com um
modelo de equações primitivas de duas camadas em coordenada sigma,
encontraram que a orografia condiciona a ocorrência de ventos relativamente
fortes à leste dos Andes.
Visando entender melhor algumas das características dos JBN Berri e Inzunza
(1993), utilizaram o modelo de Mesoescala da Universidade de Utah para
36
simular 10 casos de JBN e outros 10 casos de não-JBN. Eles concluíram que o
JBN tem um alto potencial de previsibilidade e é um eficiente mecanismo de
transporte de vapor d’água entre os trópicos e as latitudes extratropicais,
criando condições favoráveis para o aumento da atividade convectiva sobre a
planície central no sul da AS, conforme documentado posteriormente, por
Nogués-Paegle e Mo (1997), Berbery e Collini (2000) e Nicolini e Saulo (2000).
Gandu e Geisler (1991) e Figueroa et al. (1995) simularam o efeito da fonte de
calor latente na Amazônia e dos Andes sobre a circulação no verão na AS,
reproduzindo um escoamento de norte em baixos níveis.
Sugahara e Rocha (1996) mostraram a existência de duas áreas de preferência
para a ocorrência de JBN na AS, uma à leste dos Andes com um máximo
sobre o norte do Paraguai, e outra sobre grande parte dos Estados de Minas
Gerais, São Paulo e o Oceano Atlântico adjacente, porém com um número
significativamente menor de ocorrências.
Campetella e Vera (2002) utilizando um modelo de equações primitivas
tridimensional simularam a circulação atmosférica sobre a AS forçada pela
presença dos Andes e encontraram que a evolução das ondas de escala
sinótica sobre a AS modula fortemente a circulação em baixos níveis nas
proximidades dos Andes.
Cavalcanti et al. (2002) utilizando as reanálises do NCEP/NCAR (National
Centers for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric
Research) e resultados de uma simulação realizada pelo MCGA (Modelo de
Circulação de Geral da Atmosfera) CPTEC/COLA concluíram que o modelo
simula menos casos de JBN, no verão, em comparação com as reanálises,
provavelmente, em decorrência da maior convecção no setor sul da Zona de
Convergência do Atlântico Sul (ZCAS).
Marengo e Soares (2002) utilizaram as reanálises do NCEP e radiossondagens
de Santa Cruz de la Sierra e Trinidad para um episódio de JBN durante o
37
outono de 1999. Eles encontraram que o JBN localizava-se em torno de 1600
m acima do solo, com sua intensidade máxima entre 00 e 12 Z, embora as
poucas radiossondagens indiquem JBN comparativamente mais intensos e
com sua intensidade máxima ocorrendo em torno de 11 Z, aproximadamente
em 2000 m de altura. Essas discordâncias são devidas provavelmente à baixa
resolução espacial e temporal.
Souza e Ambrizzi (2003) tomando como base os dados de reanálise do
NCEP/NCAR para o período de 24 anos (1974 a 1997) realizaram pentadas
climatológicas da circulação atmosférica nos baixos e altos níveis da troposfera
sobre a AS e observaram que no nível de 850 hPa existia um vento
predominante de norte à leste dos Andes, entre 15 e 20ºS.
Em um estudo mais recente Marengo et al. (2004) realizaram a primeira
climatologia do JBN na AS a leste dos Andes, utilizando dados de reanálise do
NCEP para o período de 1950-2000 avaliando-o com dados observados de ar
superior feitos na Bolívia e no Paraguai desde 1998. Este estudo concluiu em
relação à variabilidade temporal, que os JBNs na AS podem ocorrer em
qualquer época do ano, transportando massas de ar úmido tropical da
Amazônia para o sul do Brasil e norte da Argentina mais freqüentemente no
verão, como também ar marítimo tropical, relativamente, menos úmido no
inverno. Os JBNs na AS foram detectados com maior freqüência durante o
verão ao norte de 20ºS, enquanto que ao sul ocorrem ao longo de todo o ano.
Com relação ao ciclo diurno, o JBN são mais freqüentes e intensos entre as 06
e 12 UTC para o verão ao norte de 20ºS, e ao sul as 00 e 06 UTC durante o
inverno. Vale salientar que Salio et al., 2002 encontraram o mesmo resultado
analisando dados de reanálises do ERA. Para a variabilidade interanual eles
concluem que, embora seja necessário realizar mais pesquisas sobre o
assunto, existe uma forte relação entre a ocorrência de El Niño e o número e a
intensidade de episódios de JBN, pois no ano de 1998 (EL Niño) ocorreu uma
maior freqüência e intensidade no verão, do que no ano de 1999 (La Niña).
Essa conclusão foi baseada em resultados de pesquisas feitas com reanálises,
38
na avaliação dos dados de ar superior do PACS-SONET e por outros estudos
utilizando conjuntos de dados independentes e modelagem regional.
Saulo et al. (2000) e Nicolini et al. (2002) encontraram um máximo entre 00 e
06 UTC usando produtos de previsão com o modelo Eta 40 km durante o verão
de 1997-1998. Recentemente, Nicolini et al. (2004) utilizando observações
realizadas no SALLJEX notaram a presença de um núcleo de velocidade
máxima no vento e na componente de norte no período entre 06 e 12 UTC,
como também a ausência deste nos horários das 18 e 21 UTC.
2.2 – Mecanismos de Formação do JBN na AS
Em geral, os estudos numéricos e teóricos realizados até o momento, revelam
a atuação de diversos mecanismos de formação dos JBNs, tanto de natureza
estritamente local, como em combinação com ambientes sinoticamente ativos.
Localmente, as montanhas de grande extensão latitudinal tendem normalmente
a canalizar o escoamento em baixos níveis na direção paralela à orografia.
Esse fato foi pesquisado para o caso dos Andes por Garreaud (1999) e Seluchi
e Marengo (2000), entre outros. Misra et al. (2000) observaram que, quando a
alta subtropical do Atlântico está intensa e estendida para oeste há um
aumento no gradiente de pressão sobre a AS subtropical e,
conseqüentemente, há uma intensificação no JBN (Figura 2.1). Por outro lado o
aquecimento diferencial na encosta das montanhas gera um vento térmico na
troposfera baixa-média, que no caso dos Andes é de norte, favorecendo o
aumento do vento nos níveis mais baixos.
Um outro fator que determina a variabilidade da velocidade dos JBNs são as
oscilações da Camada Limite Planetária (CLP). Essa camada apresenta uma
altura e uma mistura turbulenta maior durante o período diurno, e uma
espessura menor com uma estratificação mais estável no período noturno.
Esse fato provoca JBNs mais baixos e intensos no período da madrugada
(Blackadar, 1957).
39
FIGURA 2.1 - Média sazonal (JFM) da altura geopotencial de 850 hPa para as
simulações de (a) 1998 e (b) 1999. A unidade está em metros.
FONTE: Misra et al (2000).
No caso de ambientes sinoticamente ativos, as ondas estacionárias e
baroclínicas têm um papel importante na determinação dos períodos favoráveis
ou desfavoráveis para a ocorrência dos JBNs. O trabalho de Nogués-Paegle e
Mo (1997) mostra claramente este tipo de influência, descrevendo dois padrões
de circulação do tipo gangorra, alternando um padrão associado à situação de
ZCAS e outro à atuação do JBN à leste dos Andes.
Um outro possível processo de formação foi discutido por Uccellini e Johnson
(1979) é a presença de um “jet-streak” que gera circulações secundárias
indiretas na região de saída, acoplando os efeitos dos jatos de altos e baixos
40
níveis e, portanto, contribuindo para acelerar os ventos de norte (Hemisfério
Sul).
Sugahara et al. (1994) identificaram as ondas de latitudes médias com o
comprimento de onda típico de 2.500 km, como um dos possíveis mecanismos
de formação do JBN. Estas ondas baroclínicas provocam diminuição de
pressão em baixos níveis na parte sul da AS, forçando o escoamento de
noroeste a girar no sentido horário e tornando-se de norte dirigindo-se para
latitudes mais altas.
Saulo et al. (2002) demonstraram que existem vários mecanismos que
contribuem à formação de JBN a leste dos Andes, tanto local, quanto
influenciados pela circulação de escala regional. Estes mecanismos podem
atuar com distinta intensidade e variabilidade temporal, dependendo da
latitude. Segundo esses autores os efeitos locais predominam nas latitudes
mais baixas, enquanto que nas latitudes médias e subtropicais a influência da
escala regional torna-se mais significativa.
Em conclusão, é notado que a formação dos JBN envolve não apenas um
destes mecanismos, mas uma série de fatores dinâmicos e termodinâmicos de
distintas escalas espaciais e temporais.
2.3 – O JBN e sua Relação com Outros Sistemas Meteorológicos
2.3.1 – O JBN e sua Relação com os CCM
Os Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) foram definidos por Maddox
(1980) como um subconjunto dos Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
que apresentam uma geometria quase circular.
A atuação do JBN a leste dos Andes tem sido freqüentemente associada à
ocorrência de CCM, que se desenvolvem e se propagam para leste, causando
chuvas torrenciais sobre o centro-sul da AS. Essa analogia é feita porque o
JBN proporciona forte advecção de ar quente e úmido (Cavalcanti, 1982;
41
Guedes, 1985; Velasco e Fritsch, 1987; Inzunza e Berri, 1990; Gandu e
Geisler, 1991; Sugahara et al., 1994; Custódio e Herdies, 1994; Sugahara e
Rocha, 1996; Torres e Nicolini, 1999 entre outros autores) e além disso, a
borda sul desse jato costuma coincidir com a posição do CCM, denotando forte
convergência de umidade (Vernekar et al., 2003). Campetella e Vera (2002)
afirmam que a localização e a orientação do escoamento em baixos níveis tem
um grande impacto na atividade convectiva. Conforme documentado por
Custódio e Herdies (1994) o acoplamento entre o JBN e a circulação
transversal gerada pelo jato em altos níveis provoca um aumento da
convergência em baixos níveis, favorecendo a formação de CCM. Liebmann et
al. (2004) exploraram a média e a variabilidade intrasazonal da relação entre
JBN na AS e eventos de chuvas extremas na região de saída do JBN, e
sugerem que uma porcentagem dos dias de eventos extremos de precipitação
mostra uma boa correspondência com a ocorrência de JBN intensos.
O ciclo de vida dos CCM e do JBN tem a componente diurna significante,
evidenciando que o JBN pode ser um dos ingredientes chave para o
desenvolvimento e a evolução dos CCM, pois a forte convergência, advecção
quente e movimento ascendente são apresentados dentro da região do JBN no
desenvolvimento prévio para a formação do CCM (Zipser et al., 2004 e Torres,
2002). Contudo, a previsibilidade desses fenômenos é bastante baixa dada à
escala espacial relativamente pequena em que ocorrem. A análise desses
fenômenos requer uma modelagem com alta resolução que, por outro lado,
deve ser validada por dados de rede de observações de mesoescala.
2.3.2 – O JBN e sua Relação com a ZCAS
A ZCAS é uma banda estreita de nebulosidade que se estende desde a
Amazônia até o Oceano Atlântico, na direção noroeste-sudeste (Kodama,
1992).
Kousky e Casarin (1986) afirmam que quando a ZCAS está atuando existe uma
diminuição das chuvas no sul do Brasil, Paraguai, Uruguai e norte da
42
Argentina, e um aumento das chuvas, nesta mesma região, quando a ZCAS
enfraquece. Esse resultado foi ratificado por Sugahara et al. (1994), Nogués-
Paegle e Mo (1997), e Sanches (2001).
Herdies et al. (2002) estudaram o período de janeiro a fevereiro de 1999
separando-o em dois regimes: ZCAS e não-ZCAS. Eles mostraram que durante
o período de ZCAS (não-ZCAS) ocorre forte (fraca) convergência sobre a Bacia
Amazônica com divergência (convergência) sobre o sudoeste do Brasil, norte
da Argentina e Paraguai (Figura 2.2).
FIGURA 2.2 - Fluxo de umidade integrado verticalmente (vetores) e divergência
do fluxo de umidade integrado verticalmente (sombreado) para o
período ZCAS em (a) e NZCAS em (b), utilizando o conjunto de
análises do DAO/NASA. As unidades estão em mm/dia e os
vetores em kg/(ms).
FONTE: Herdies et al (2002).
43
Herdies (2002) mostrou que o transporte de umidade se dá por dois caminhos
principais, um associado à ocorrência de ZCAS e outro ao JBN. Esse autor
afirma que tanto a variabilidade interanual associada à ocorrência do EL
Niño/La Niña como a variabilidade intra-sazonal associada com a ZCAS,
contribuem para a intensificação do JBN e, conseqüentemente, o aumento no
número de sistemas nos subtrópicos durante o período de janeiro e fevereiro
de 1998.
2.3.3 – O JBN e sua relação com a BNOA
Além do JBN, um outro sistema meteorológico associado ao intercâmbio de
calor e umidade entre latitudes tropicais e extratropicais, é o centro de baixa
pressão situado nas latitudes subtropicais, aproximadamente a 300 km à leste
da Cordilheira dos Andes, conhecido como a Baixa do Noroeste Argentino
(BNOA). Lichtenstein (1980) utilizando mapas climatológicos e dados diários do
ano de 1967 mostrou que a BNOA é quase permanente no verão e altamente
intermitente no inverno. A BNOA se desenvolve numa região de precipitação
inferior a 300 mm/ano, porém, ela contribui para o desenvolvimento de
tempestades, complexos convectivos de mesoescala e ciclones extratropicais,
no leste da Argentina, Uruguai e sul do Brasil. Seluchi et al. (2003) afirmaram
que a BNOA se forma no verão devido ao aquecimento da superfície e no
inverno, como conseqüência da subsidência orográfica forçada.
O Jato do Chaco (JCH) pode ser definido como um JBN que desenvolve a leste
da BNOA, atingindo a região central da Argentina (Saulo et al., 2000).
Saulo et al. (2002) analisaram um caso do JCH, achando uma forte relação
entre a formação da BNOA e a ocorrência do JCH. Estes autores encontraram
que a BNOA força geostroficamente o vento de norte à leste da baixa,
contribuindo à formação do JCH. Este estudo mostrou uma forte semelhança
entre ciclo diurno do JCH e da BNOA, nos casos em que a BNOA está bem
estabelecida.
44
45
CAPITULO 3
DADOS E METODOLOGIA
Neste Capítulo será apresentada uma descrição dos dados observados
coletados durante o SALLJEX e da informação utilizada para a avaliação
espacial do modelo Eta na versão operacional e experimental, como também a
descrição dos experimentos numéricos realizados com os mesmos.
3.1 – Dados Utilizados
3.1.1 – Dados Observacionais do SALLJEX
Durante essa campanha foram realizadas coletas de dados através de
radiossondagens, balões piloto e vôos com o avião da NOAA na região de
atuação do JBN (Figura 3.1). Para otimizar os recursos e o aproveitamento das
radiossondagens disponíveis, o experimento de campo SALLJEX foi dividido
em dois períodos: o Período Especial de Observações (PEO) e o Período
Intensivo de Observações (PIO), os quais se intercalavam em função das
condições do tempo. O PSO consistiu em observações realizadas de forma
sistemática e padronizadas em horários pré-estabelecidos (radiossondagem as
00:00 Z e balão piloto as 10:15, 12:15 e 21:15 Z). O PIO era estabelecido,
pelos pesquisadores, quando a previsão do tempo indicava condições
favoráveis para a ocorrência de JBN e consistia em uma maior freqüência de
coleta de dados (radiossondagens as 00:00, 06:00, 12:00 e 18:00 Z e balão
piloto as e 00:00, 03:00, 10:15, 12:15, 15:00 e 21:15 Z). Para essa etapa do
projeto foram disponibilizadas, aproximadamente, 100 horas de vôo do Avião
Meteorológico da NOAA, cuja utilização foi planejada mediante a previsão de
tempo e o monitoramento dos sistemas atuantes que se desejava estudar.
Além disso, a previsão de tempo foi realizada com a ajuda de vários modelos
regionais que foram rodados sobre uma área comum, com a finalidade de
poder realizar um “ensemble” (embora de forma subjetiva) de modelos com
distintas resoluções características físicas.
46
FIGURA 3.1 – Mapa das estações de coletas de dados do SALLJEX utilizadas
neste estudo.
TABELA 3.1 – Latitude, longitude e altitude das estações de coletas de dados
do SALLJEX utilizadas neste estudo.
Estações Latitude (°S) Longitude (°W) Altitude (m)
Dourados 22,28 54,82 458
Mariscal Estigarribia 22,02 60,62 165
Resistência 27,44 59,05 52
Rio Branco 9,96 67,87 180
Santa Cruz 17,40 63,76 373
Santiago 27,76 64,25 210
47
As informações básicas utilizadas para a avaliação do modelo Eta/CPTEC
foram os dados coletados durante o SALLJEX, embora as análises do NCEP
T126L28 (Doravante apenas NCEP) tenham sido utilizadas para a avaliação
espacial.
TABELA 3.2 – Distribuição das radiossondagens realizadas nas cidades de
Resistência, Santiago del Esteiro e Santa Cruz de la Sierra
para o período de 1 a 10 de fevereiro de 2003. Em verde
estão os dias e horários que não ocorreram JBN e em laranja
estão os dias em que ocorreram, segundo o Critério 1 de
Bonner. Em cinza estão as radiossondagens que tiveram
poucas informações, impossibilitando sua utilização.
Resistência 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 JBN NJBN
00:00 Z 4 2
06:00 Z 8 1
12:00 Z 3 1
18:00 Z 0 9
Santiago 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
00:00 Z 0 3
06:00 Z 5 4
12:00 Z 2 4
18:00 Z 0 7
Santa Cruz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
00:00 Z 1 0
06:00 Z 5 1
12:00 Z 1 0
18:00 Z 7 1
A Figura 3.1 mostra as estações escolhidas para uma análise inicial. A escolha
das estações de Dourados (Brasil), Rio Branco (Brasil), Mariscal Estigarribia
(Paraguai), Santa Cruz de la Sierra (Bolívia), Santiago del Esteiro e Resistencia
48
(Argentina) se justificou pelo fato de estarem na região de maior intensidade e
freqüência de ocorrência de JBN. A estação de Mariscal Estigarribia não foi
utilizada por ter sido realizadas apenas três radiossondagens e as estações
localizadas no Brasil, como Dourados-MS e Rio Branco-AC, segundo o Critério
1 de Bonner, não registraram nenhuma ocorrência de JBN no período de
estudo. A Tabela 3.1 mostra a latitude, longitude e altitude de cada estação de
coleta de dados durante o SALLJEX. O período escolhido para validação e
avaliação do modelo Eta/CPTEC se limita à primeira dezena de fevereiro. Este
período foi selecionado por ter a maior freqüência de JBN, durante todo o
experimento SALLJEX e, conseqüentemente, o maior período contínuo de PIO.
A Tabela 3.2 mostra o dia e a hora em que foram realizadas as
radiossondagens, identificando a existência de JBN (laranja) ou não (verde),
segundo o Critério 1 de Bonner. Em cinza estão as radiossondagens que
tiveram poucas informações, e que não foi possível sua utilização.
3.1.2 – Análise do NCEP
Para a avaliação espacial do modelo Eta/CPTEC e para representação da
circulação atmosférica de grande escala durante o período estudado foram
utilizadas as análises do NCEP, embora alguns estudos levantem a hipótese
de que a análise do NCEP não seja o melhor conjunto de dados para um
estudo de variabilidade espacial de um fenômeno como o JBN na AS, por ter
características de mesoescala, como também, por ser a região de atuação do
JBN escassa de dados observacionais (Carneiro et al., 2004 e Herdies et al.,
2004).
A análise do NCEP tem uma resolução horizontal aproximada de 100 km e 28
níveis na vertical. A área de estudo é a AS com destaque para a sub-área 33ºS
e 06ºS e 73ºW e 48ºW, no caso da avaliação do modelo experimental Eta 20
km. Para a realização da avaliação espacial foi necessário realizar um recorte
nas análises do NCEP, deixando apenas os níveis comuns ao NCEP e aos
modelos utilizados.
49
3.1.3 - Modelo Regional Eta/CPTEC
O modelo regional Eta/CPTEC 40 km, que é rodado em forma operacional no
CPTEC desde dezembro de 1996, é uma das ferramentas fundamentais para
realizar previsões de tempo para o Brasil e a AS.
O Eta/CPTEC é um modelo regional hidrostático cuja característica mais
destacada é o emprego da coordenada vertical eta, definida por Mesinger (1984)
com o objetivo de melhorar o cálculo do gradiente horizontal, em presença de
orografia irregular. A grande vantagem da coordenada eta é que suas
superfícies de nível constante são praticamente horizontais, encorajando sua
utilização para os estudos de fenômenos com forte influência orográfica, como
o JBN.
Na versão operacional, o modelo é integrado sobre o domínio que abrange
quase toda a AS, com uma resolução horizontal de 40 km e 38 camadas
verticais. Este modelo possui uma adequada representação dos processos
físicos, que incluem precipitação de grande escala e convectiva, tanto rasa
como profunda (esquema de Betts e Miller, 1986, modificado por Janjic, 1994).
O modelo de superfície (OSU) inclui duas camadas subterrâneas e uma
camada de vegetação que interage com a atmosfera. O pacote de radiação
(curta e longa) foi desenvolvido pelo Geophysical Fluid Dynamics Laboratory
(GFDL) e os processos turbulentos na atmosfera livre são representados
através de uma atualização do esquema de Mellor e Yamada (1974) de ordem
de 2.5. Maiores detalhes são encontrados em Black (1994). O período
operacional de integração no presente momento é de 168 h, com saídas a
cada 6 h. As condições nas bordas laterais são fornecidas pelo modelo global
CPTEC/COLA com truncamento triangular T062 e 28 camadas verticais.
O Eta/CPTEC tem mostrado um bom desempenho para simular e prever
algumas características do JBN à leste da Cordilheira dos Andes na AS. Por
exemplo, Saulo et al. (2002) utilizaram o modelo regional operacional
Eta/CPTEC para a caracterização do fluxo em baixos níveis no verão de 1997-
50
1998. Este estudo mostrou a capacidade do modelo em reproduzir a existência
do JBN à leste dos Andes, tanto no que se refere a sua escala, estrutura e
intensidade, como também o transporte de umidade da Bacia Amazônica até
as latitudes subtropicais na AS.
Douglas (1999) e Saulo et al. (2000) compararam as saídas do modelo
Eta/CPTEC, para todos os dias de janeiro e fevereiro de 1998, com os dados
observados de 20 dias de janeiro e 12 dias de fevereiro de 1998, em Santa
Cruz, na Bolívia. Aplicando o Critério 1 de Bonner, eles concluíram que apenas
53% das saídas do modelo Eta/CPTEC e 42% dos dados observados
correspondiam a casos com JBN. Assim, o modelo subestimou a freqüência
dos JBNs. A diferença das freqüências pode ser explicada, em parte, pela
diferença temporal dos dois conjuntos de dados, ou seja, alguns balões não
subiram o bastante para aplicar o Critério 1 de Bonner. Composições de
sondagens com balões pilotos que satisfizeram o critério, ajudaram a descrever
a intensidade deste JBNs, cujo vento máximo apresentou uma velocidade
média de 19 m/s, próximo 1.7 km de altura, com um cisalhamento vertical de
aproximadamente 5m/s por km (Figura 3.2). Houve algumas diferenças na
representação da estrutura e intensidade média do jato entre o modelo
Eta/CPTEC e aquela encontrada pelas observações, pois o modelo Eta/CPTEC
tendeu a produzir um JBN que decai muito mais rapidamente com a altura,
especialmente na camada entre 2 e 3 km. Entretanto, a magnitude deste
máximo foi representada corretamente. A Figura 3.2 mostra claramente a
presença dominante dos ventos de noroeste abaixo de 3 km.
Durante o SALLJEX, além da versão operacional do modelo Eta/CPTEC foi
utilizada numa outra versão experimental, com uma resolução de 20 km e 38
níveis verticais, dentro de um domínio menor (33S-6S; 73W-48W). Essa versão
do modelo era inicializada às 12 Z e integrada por 60 h, com saídas a cada 3 h.
A condição inicial utilizada foi à análise do NCEP e as condições de contorno
foram as previsões do modelo Eta/CPTEC 40 km de 6 em 6 h e a TSM
observada. As principais diferenças entre as versões do modelo Eta/CPTEC
51
operacional e experimental são: a inclusão de micro-física de nuvens (Ferrier,
2003), o modelo com maior quantidade de níveis de solo (4 níveis) e a
utilização de condições de contorno a partir das previsões do modelo
Eta/CPTEC.
FIGURA 3.2 – Média do perfil vertical do vento (em m/s) para os dados
observados para casos com JBN na AS, calculado pelos
dados de balão piloto e para as saídas do modelo Eta (a). (b)
Mesmo que (a), mas para a direção média do vento.
FONTE: Saulo et al (2000).
52
3.2 – METODOLOGIA
Com base nos dados de radiossondagens realizadas em Dourados, Rio
Branco, Mariscal Estigarribia , Santa Cruz de la Sierra, Santiago del Esteiro e
Resistencia foram separados os casos de ocorrência de JBN, definidos a partir
do Critério 1 de Bonner (1968), que consiste em um vento intenso de, pelo
menos, 12 m/s abaixo de 1,5 km de altitude e um decréscimo na velocidade do
vento de, pelo menos, 6 m/s por km abaixo do nível de 3 km (aproximadamente
entre 850 e 750 hPa), um dos critérios mais utilizados pelos pesquisadores na
AS (Ver Tabela 3.2). Em seguida, foi realizada uma análise sinótica da
atmosfera para todos os dias do período de estudo utilizando para isso as
análises do NCEP (T126L28).
O desempenho do modelo Eta/CPTEC foi avaliado tanto nos períodos em que
foi identificada a ocorrência de JBNs, quanto para os períodos de JBN inativos,
através da obtenção da média e do erro médio do vento meridional entre
modelos e observações para cada estação selecionada.
Para a realização de uma avaliação espacial do modelo Eta/CPTEC foram
utilizados as análises do NCEP, a partir das quais foi obtido o erro médio e o
erro padrão do vento meridional para o nível de 850 hPa. O critério de
selecionar o nível de 850 hPa está baseado em estudos anteriores sobre o JBN
na AS (Salio et al., 2002; Saulo et al., 2000; Marengo and Soares, 2002 e
Marengo et al., 2004), como também no perfil vertical médio de todas as
estações aqui estudadas, os quais mostram o máximo do vento meridional em
torno de 850 e 900 hPa.
A avaliação priorizou características inerentes aos JBNs, como extensão
vertical e horizontal, intensidade, altura, cisalhamento vertical e horizontal e
variabilidade temporal. Para isso foram realizados alguns experimentos
numéricos utilizando duas versões do modelo Eta: a operacional que utiliza
uma resolução horizontal de 40 km e a experimental, rodada especialmente
53
para o SALLJEX, com 20 km de resolução, tanto no modo previsão quanto no
modo simulação.
Por fim, foi realizado um estudo sobre os padrões de temperatura e umidade
associados a períodos ativos e inativos dos JBNs e inferindo sobre a sua
possível influência sobre as chuvas na região subtropical da AS.
3.2.1 - Experimentos Numéricos com o Modelo Eta 40 km (operacional)
Foram utilizadas as rodadas operacionais do modelo Eta, com uma resolução
horizontal de 40 km, realizadas no CPTEC/INPE. Estas rodadas consistem em
previsões numéricas de tempo inicializadas diariamente as 00 e 12 Z e
integradas por 72 h. Para o modo simulação esta mesma versão foi rodada
diariamente nos horários das 00 e 12 Z e integrada por 60 h. As integrações do
modelo, tanto no modo de previsão quanto no modo simulação, se focalizaram
no período de 1 a 10 de fevereiro de 2003, com saídas a cada 6 h.
3.2.1.1 - Modo Previsão
Na integração do modelo Eta 40 km, no modo de previsão, foram utilizadas as
análises do NCEP (T062L28) de 6 em 6 h como condições iniciais e como
condições de contorno a temperatura da superfície do mar (TSM) observada e
as previsões do modelo global CPTEC/COLA (Cavalcanti et al., 2002) de 6 em
6 h.
3.2.1.2 - Modo Simulação
Para a realização deste experimento foram utilizadas as análises do NCEP
(T126L28) de 12 em 12 h como condições iniciais e como condições de
contorno a TSM observada e as análises do NCEP (T126L28) de 12 em 12 h.
54
3.2.2 - Experimentos Numéricos com o Modelo Eta 20 km (experimental)
O modelo Eta 20 km foi inicializado diariamente as 00 e 12 Z e integrado por 60
h, com saídas a cada 3 h, nos modos previsão e simulação, para um domínio
que abrange 33S-6S; 73W-48W, para o período de 1 a 10 de fevereiro de
2003.
3.2.2.1 - Modo Previsão
Para a realização deste experimento foram utilizadas as análises do NCEP
(T126L28), interpoladas para a grade do modelo Eta 40 km, de 6 em 6 h como
condição inicial e como condições de contorno a TSM observada e as
previsões do modelo Eta 40 km de 6 em 6 h.
3.2.2.2 - Modo Simulação
No caso da simulação foram utilizadas as análises do NCEP (T126L28),
interpoladas para a grade do modelo Eta 40 km de 12 em 12 h como condição
inicial e como condições de contorno a TSM observada e as análises do NCEP
(T126L28), interpoladas para a grade do modelo Eta 40 km, de 12 em 12 h.
55
CAPÍTULO 4
RESULTADOS
Este Capítulo tem com objetivo principal apresentar os casos selecionados,
com uma sucinta descrição sinótica, dando ênfase aos sistemas e processos
associados à ocorrência de JBN. Além disso, apresentar-se-ão os resultados
da avaliação do modelo regional Eta operacional e experimental, tanto no modo
previsão como no modo simulação.
4.1 – Análise Sinótica
Como mencionado anteriormente, o período compreendido entre o dia1 e 10 de
fevereiro de 2003, foi o que apresentou a maior freqüência de ocorrência de
JBN dentro da estação chuvosa 2002-2003. A situação sinótica durante esses
10 dias esteve marcada pela passagem de alguns sistemas frontais fracos com
escoamento predominantemente zonal e, principalmente, pela atuação da
baixa termo-orográfica a leste dos Andes, o que permitiu a aceleração
geostrófica dos ventos de norte na região subtropical.
Em particular, no dia 1º o campo de superfície (Figura 4.1-a) mostra o
anticiclone do Atlântico bem desenvolvido com a pressão central de 1020 hPa,
enquanto que o anticiclone do Pacífico se encontra relativamente fraco e mais
deslocado para o sul, com a pressão central de 1016 hPa. Sobre o continente
se destaca a presença da baixa termo-orográfica relativamente intensa,
reforçando o escoamento de norte que se detecta desde o equador até 35ºS
(Saulo et al., 2002). Nessa latitude aparece uma frente fria fraca associada a
uma baixa pressão no Oceano Atlântico. Segundo Lichtenstein (1980),
climatologicamente a baixa termo-orográfica atinge sua máxima intensidade
quando se encontra imediatamente ao norte de uma frente fria. No campo de
850 hPa (Figura 4.1-b) destacam-se os altos valores da umidade específica (q)
ao norte de 35ºS, muito provavelmente associado ao forte escoamento de
norte. Esses ventos apresentam um máximo de 15 m/s próximo ao nível de 850
56
hPa sobre o norte da Argentina, configurando um típico episódio de JBN. No
campo de 500 hPa (Figura 4.1-c) se observa o predomínio da circulação
anticiclônica nas latitudes tropicais e subtropicais, e o deslocamento de um
cavado do tipo baroclínico ao sul de 35ºS associado à frente fria mencionada
na Figura 4.1-a. No padrão espacial da espessura 500/1000 hPa percebe-se
que o ar tropical se localiza ao norte da frente fria, destacando-se um núcleo
quente exatamente na posição que ocupa a baixa termo-orográfica. Nos altos
níveis (Figura 4.1-d) se observa a presença de um cavado na região centro-sul
do Brasil, assim como da Alta da Bolívia que aparece pouco configurada e
localizada ao norte da Bolívia. O jato nos altos níveis é relativamente zonal e se
localiza principalmente entre 40 e 45ºS de latitude.
A frente fria se desloca para leste pelo oceano no dia 2 (Figura 4.2-a), mas
apesar disso a baixa termo-orográfica aparece menos intensa. Em particular,
os valores da umidade no nível de 850 hPa (Figura 4.2-b) diminuem com
respeito ao dia anterior, provavelmente, devido à intensificação da subsidência
associada ao deslocamento do sistema anticiclônico nos altos níveis da
atmosfera (Figura 4.2-c). O anticiclone do Atlântico mais intenso e deslocado
em direção ao continente favorece a intensificação do escoamento em baixos
níveis, que mostra ventos de norte superiores a 18 m/s na região norte da
Argentina.
A Alta do Atlântico no dia 3 está mais deslocada para o continente gerando um
gradiente horizontal de pressão e conseqüentemente um vento de norte mais
intenso (Figura 4.3-a). No campo de 850 hPa (Figura 4.3-b) observam-se
ventos superiores a 12 m/s na região norte da Argentina, no Paraguai e no Rio
grande do Sul e uma maior concentração de q no norte da América do Sul e a
leste dos Andes, na saída do JBN. No campo do vento em altos níveis (Figuras
4.3-c e d) observa-se a mesma configuração do jato, sendo zonal, e o
deslocamento para leste do cavado baroclínico.
57
a) b)
c) d)
FIGURA 4.1 - Pressão ao NMM (linha) e vento (vetor) em 925 hPa (a).
Umidade específica (sombreado) e vento (linha) em 850 hPa
(b). Espessura da camada 500/1000 hPa (sombreado) e vento
(linha) em 500 hPa (c). Vento em 250 hPa (linha) (d) para o
dia 1 de fevereiro de 2003.
58
a) b)
c) d)
FIGURA 4.2 - Como a Figura 4.1 para o dia 2 de fevereiro de 2003.
59
a) b)
c) d)
FIGURA 4.3 - Como a Figura 4.1 para o dia 3 de fevereiro de 2003.
60
No dia 4 uma nova frente fria chega ao sul do continente, contribuindo para
aumentar levemente a intensidade da baixa termo-orográfica (Figura 4.4-a). O
vento no nível de 925 hPa continua de norte a leste dos Andes, sendo mais
intenso na região próxima a baixa termo-orográfica. No campo de 850 hPa se
observa que os maiores valores de q estão localizados no extremo norte da AS
e próximo da baixa termo-orográfica, em torno da latitude de 30ºS (Figuras 4.4-
a e b). Na Figura 4.4-b destaca-se a intensidade e a área de atuação do vento
no nível de 850 hPa, com ventos superiores a 15 m/s na região norte da
Argentina e do Paraguai. Nos altos níveis (Figuras 4.4-c e d) nota-se o avanço
para leste do cavado associado à frente fria, mas sem afetar significativamente
o núcleo quente vinculado à baixa termo-orográfica.
A frente fria desloca-se zonalmente para o oceano no dia 5, ao sul dos 40°S,
sem interferir na presença da baixa termo-orográfica, que abrange uma área
maior, permitindo a intensificação dos ventos de norte e dos valores de
umidade na baixa troposfera (Figura 4.5-a). Em particular, no nível de 850 hPa
o vento atinge um máximo superior a 21 m/s na região próxima a Santa Cruz
na Bolívia, confirmando novamente a presença do JBN (Figura 4.5-b). Nos
altos níveis (Figuras 4.5-c e d) o avanço do cavado associado à frente fria afeta
apenas as latitudes maiores que 30°S.
O sistema frontal continua o seu deslocamento para leste no dia seguinte e a
baixa termo-orográfica se acopla a uma baixa associada a uma nova frente fria
que está no sul do continente. (Figuras 4.6-a). Esse padrão de pressão provoca
uma extensão para o sul dos ventos de norte em 925 e 850 hPa, permitindo o
aumento do conteúdo de umidade no nível de 850 hPa (Figuras 4.6-a e b). Nos
altos níveis (Figuras 4.6-c e d) se observa a presença de um cavado
relativamente intenso relacionado com a frente fria e a extensão para o sul do
núcleo quente detectado no campo de espessura.
61
a) b)
c) d)
FIGURA 4.4 - Como a Figura 4.1 para o dia 4 de fevereiro de 2003.
62
a) b)
c) d)
FIGURA 4.5 - Como a Figura 4.1 para o dia 5 de fevereiro de 2003.
63
a) b)
c) d)
FIGURA 4.6 - Como a Figura 4.1 para o dia 6 de fevereiro de 2003.
64
No dia 7 a frente fria avança para o sul do Brasil sem atingir, ainda, a região de
atuação da baixa termo-orográfica, que se torna levemente mais intensa e
melhor configurada (Figura 4.7-a). Em conseqüência, os ventos em 925 e em
850 hPa (Figuras 4.7 a e b) se tornam mais intensos na região a leste da baixa
e sobre a Bolívia, configurando um episódio de JBN. O conteúdo de umidade
mostra um leve aumento sobre o sul do país em relação ao dia anterior, e um
forte contraste na região afetada pela frente fria. Nos altos níveis (Figuras 4.7-c
e d) se observa o deslocamento do cavado de onda curta embutido numa área
com predomínio de circulação de noroeste (ciclônica). A interação da parte
dianteira deste cavado com a Cordilheira dos Andes pode ter provocado
subsidência orográfica forçada a sotavento e, conseqüentemente, a
intensificação da baixa termo-orográfica e do escoamento de norte. Neste
caso, essa subsidência orográfica pode ser indiretamente identificada através
do aumento da velocidade do vento em 500 e 250 hPa e, especialmente, da
intensidade do núcleo quente no campo de espessura 500/1000 hPa
imediatamente a leste dos Andes.
Os ventos de norte diminuem sua intensidade, no dia 8, no norte da Argentina
como conseqüência do avanço da frente fria pela região sul do Brasil, embora
estes continuem relativamente intensos na Bolívia. Durante os dias 9 e 10 o
deslocamento para leste de um anticiclone migratório provoca a gradativa
recuperação dos ventos de norte imediatamente a leste da Cordilheira, porém
sem a intensidade suficiente para configurar um episódio de JBN (Figuras não
mostradas).
65
a) b)
c) d)
FIGURA 4.7 – Como a Figura 4.1 para o dia 7 de fevereiro de 2003.
66
a) b)
c) d)
FIGURA 4.8 - Como a Figura 4.1 para o dia 8 de fevereiro de 2003.
67
4.2 - Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km e as
Observações
Com o objetivo de avaliar o comportamento do modelo Eta operacional com
relação a sua capacidade de prever os JBN se obteve o perfil vertical do vento
meridional médio, para os casos de JBN e de não JBN, gerado a partir das
saídas do modelo Eta, e seu respectivo erro médio a respeito das observações
(radiossondagens) realizadas nas estações de Resistência, Santiago e Santa
Cruz. Vale salientar que essa avaliação teve ênfase para os níveis inferiores a
700 hPa, visto que este estudo está enfocando o JBN. Os gráficos foram
elaborados de acordo com os dados existentes, mostrados na TABELA 1,
destacando que não necessariamente todos os gráficos têm a mesma
quantidade de radiossondagens. A componente meridional do vento foi
escolhida como variável mais significativa devido ao fato que o JBN na AS
resulta num vento predominantemente de norte. As falhas em algumas curvas
nos gráficos de perfis do vento meridional, que serão mostrados a seguir, são
devido a falta de dados observados. A superfície de Santa Cruz no modelo Eta
40 km está localizado em 900 hPa, apesar da estação estar em
aproximadamente 950 hPa, por isso valores do vento abaixo de 900 hPa
repetem os valores da superfície do modelo.
4.2.1 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santa Cruz de la
Sierra
As Figuras 4.9 e 4.10 mostram o perfil vertical médio do vento meridional para
todos os casos de JBN e seu erro médio com respeito às radiossondagens de
Santa Cruz, para os horários das 06 e 18 Z. Nesses horários foram
identificados 5 e 7 casos de JBN, respectivamente. Vale salientar que isso não
significa que haja uma maior freqüência de jatos no horário das 18 Z, pois se
deve levar em conta que a quantidade total de radiossondagens não é a
mesma para todos os horários. Para esses casos a previsão do modelo Eta 40
km comporta-se de forma muito semelhante para os distintos prazos de
68
previsão (até 60 h), subestimando a intensidade do vento meridional e o
cisalhamento do vento em todos os horários de previsão entre os níveis de 900
e 850 hPa. Cabe ressaltar que a análise do NCEP, utilizada como condição
inicial das previsões, também subestimou o vento meridional o que pode ter
contribuído para a incerteza das previsões.
Na estação de Santa Cruz, apenas o dia 2 de fev/2003 nos horários das 06 e
18 Z não se registrou a ocorrência de JBN (Doravante NJBN). No horário das
06 Z (Figura 4.11) o modelo subestimou a velocidade meridional do vento
(velocidade menor que nos casos de JBN). Entretanto, a velocidade foi
corretamente prevista para os casos de NJBN das 18 Z (Figura 4.12).
FIGURA 4.9 - Perfil vertical (lado esquerdo) e erro (lado direito) médio do vento
meridional para Santa Cruz para o período de 1 a 10 de
fevereiro de 2003 em casos de JBN as 06 Z. Dados observados
estão em preto, à análise em roxo e as previsões do modelo Eta
40 km com 12, 24, 36, 48 e 60 horas de antecedência em azul
escuro, azul claro, verde, laranja e vermelho respectivamente.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
69
FIGURA 4.10 – Como a Figura 4.9 em casos de JBN as 18 Z.
FIGURA 4.11 – Como a Figura 4.9 para o dia 2/fev/2003 em caso de NJBN as
06 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
70
FIGURA 4.12 – Como a Figura 4.9 para o dia 2/fev de 2003 em caso de NJBN
as 18 Z.
4.2.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santiago del Estero
As Figuras 4.13 e 4.14 mostram o perfil vertical médio do vento meridional e
seu erro médio a respeito das radiosondagens da estação Santiago para os
horários 06 e 12 Z. Nesses horários foram detectados 5 e 2 eventos de JBN,
respectivamente. Evidencia-se nestas figuras que as previsões com até 60 h de
antecedência foram muito próximas do perfil médio observado, tanto no que se
refere à intensidade e a altura do núcleo de máxima velocidade, quanto ao
cisalhamento vertical do vento meridional. Novamente, a análise do NCEP que
foi utilizada como condição inicial do modelo Eta subestimou a intensidade do
vento meridional em praticamente toda a camada-limite planetária.
Nos casos de NJBN em Santiago (Figuras 4.15, 4.16, 4.17 e 4.18) verifica-se
que para prazos de previsão superiores e igual a 36 horas o modelo indicou a
presença de JBN com o centro de máxima intensidade em torno de 900 hPa.
Contudo, o modelo foi corrigindo esta superestimativa nos prazos de previsão
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
71
inferiores a 36 horas. Vale salientar que a análise do NCEP subestimou a
velocidade meridional do vento.
FIGURA 4.13 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de JBN as 06 Z.
FIGURA 4.14 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de JBN as 12 Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
72
FIGURA 4.15 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 00 Z.
FIGURA 4.16 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 06 Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
73
FIGURA 4.17 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 12 Z.
FIGURA 4.18 – Como a Figura 4.9 para Santiago em casos de NJBN as 18 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
74
4.2.3 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 40 km x Resistência
As Figuras 4.19, 4.20 e 4.21 mostram o perfil vertical e o erro médio do vento
meridional em Resistência para os casos de JBN que ocorreram nos horários
das 00, 06 e 12 Z com 4, 8 e 3 eventos de JBN, respectivamente. Nessa
estação comprovou-se que, em geral, o modelo previu de forma aproximada o
perfil vertical do vento meridional para todos os prazos de previsão analisados.
Para os casos de NJBN das 00 e 18 Z (Figuras 4.22 e 4.23) observa-se a
grandes semelhanças entre o perfil previsto para distintos prazos e os valores
extraídos das radiosondagens de Resistência. Nos casos de NJBN no dia 06
as 12 Z (Figura 4.24) e no dia 10 as 06 Z (Figura 4.25), o modelo tende a
colocar a existência de JBN quando não ocorreu em nenhum desses horários,
superestimando o vento meridional.
FIGURA 4.19 – Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 00 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
75
FIGURA 4.20 – Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 06 Z.
FIGURA 4.21 – Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de JBN as 12 Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
76
FIGURA 4.22 – Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de NJBN as 00
Z.
FIGURA 4.23 – Como a Figura 4.9 para Resistencia em casos de NJBN as 18
Z.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
77
FIGURA 4.24 – Como a Figura 4.9 para Resistencia para o caso de NJBN
ocorrido no dia 6/fev 2003 as 12 Z.
FIGURA 4.25 – Como a Figura 4.9 para Resistencia para o caso de NJBN
ocorrido no dia 10/fev 2003 as 06 Z.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
78
4.3 - Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km e as
Observações
Com o objetivo de analisar o possível impacto nos resultados decorrentes de
mudanças na resolução horizontal do modelo e no tamanho do domínio de
integração, fez-se necessário avaliar a versão experimental do modelo Eta
utilizada para realizar as previsões de tempo durante o SALLJEX. Essa versão
(descrita na Seção 3.2) foi integrada dentro de um domínio menor, mais restrito
à área do experimento. As previsões do modelo, com prazo de integração
máxima de 60 horas, foram novamente comparadas com as radiossondagens.
4.3.1 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santa Cruz
Nos casos de JBN em Santa Cruz para as 06 (Figura 4.26) e 18 Z (Figura
4.27), os distintos prazos de previsão do modelo Eta e a análise subestimam o
vento meridional em até 7 m/s em comparação com os dados observados.
Comparando esses resultados com os do modelo Eta 40 km (Figuras 4.9 e
4.10) observa-se que não houve mudanças na região do JBN.
79
FIGURA 4.26 - Perfil vertical (lado esquerdo) e erro (lado direito) médio do
vento meridional para Santa Cruz para o período de 1 a 10 de
fevereiro de 2003 em casos de JBN as 06 Z. Dados
observados estão em preto, à análise em roxo e as previsões
do modelo Eta 20 km com 12, 24, 36, 48 e 60 horas de
antecedência em azul escuro, azul claro, verde, laranja e
vermelho, respectivamente.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
80
FIGURA 4.27 – Como a Figura 4.26 em casos de JBN as 18 Z.
4.3.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santiago
As Figuras 4.28 e 4.29 mostram que as previsões do modelo Eta 20 km com
até 48 horas de antecedência, para os casos de JBN as 06 e 18 Z, estão
próximas à média observada, tanto no que se refere à intensidade e à altura do
núcleo de máxima intensidade do vento meridional quanto ao cisalhamento do
vento. Quando comparadas com as Figuras 4.13 e 4.14 observa-se que as
rodadas com o modelo Eta 20 km obteve melhores resultados.
Para os casos de NJBN registrados às 00, 06, 12 e 18 Z observa-se nas
Figuras 4.30, 4.31, 4.32 e 4.33 que houve uma superestimativa no vento
meridional para os prazos de previsão superiores a 24 horas, mas com uma
tendência a corrigir esse erro com até 24 h de antecedência, mantendo-as
próximas da média observada. Comparando este resultado com os mostrados
anteriormente (Figuras 4.15, 4.16, 4.17 e 4.18) percebe-se que não houve
melhorias nos resultados obtidos com o modelo Eta 20 km.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
81
FIGURA 4.28 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de JBN as 06 Z.
FIGURA 4.29 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de JBN as 12 Z.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
82
FIGURA 4.30 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 00 Z.
FIGURA 4.31 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 06 Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
83
FIGURA 4.32 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 12 Z.
FIGURA 4.33 – Como a Figura 4.26 para Santiago em casos de NJBN as 18 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
84
4.3.3 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x Resistência
Em casos de JBN presentes nos horários das 00, 06 e 12 Z (Figuras 4.34, 4.35
e 36) para a estação de Resistência destaca-se que a previsão do modelo Eta
20 km comporta-se de forma muito semelhante para os distintos prazos (até 60
h), sendo muito próxima à média observada. Comparando estes resultados
com aqueles mostrados nas Figuras 4.19, 4.20 e 4.21, nota-se que os perfis
são semelhantes.
Para os casos de NJBN registrados nos horários de 00 e 18 Z (Figuras 4.37 e
4.38) nota-se que as previsões tiveram um desempenho muito bom, já que o
perfil médio do vento foi muito semelhante ao valor médio das sondagens, não
havendo grandes diferenças nesses resultados quando comparados ao
mostrados nas Figuras 4.22, 4.23, 4.24 e 4.25.
FIGURA 4.34 – Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 00 Z.
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
85
FIGURA 4.35 – Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 06 Z.
FIGURA 4.36 – Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de JBN as 12 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
86
FIGURA 4.37 – Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de NJBN as 00 Z.
FIGURA 4.38 – Como a Figura 4.26 para Resistencia casos de NJBN as 18 Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
87
4.4 - Comparação entre as Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km e
as Observações
Em muitas ocasiões, a precisão das previsões, realizadas com um modelo
regional (de área limitada) podem ser prejudicadas pela qualidade das
condições de contorno, e especialmente pelas condições nas bordas laterais.
Normalmente, essas condições são geradas a partir de previsões de modelos
globais, às vezes com uma representação menos sofisticada dos processos de
sub-grade, e com resolução horizontal e vertical relativamente baixa. No caso
da versão operacional do Eta (com resolução horizontal de 40 km e 38 níveis
na vertical) as condições iniciais e de contorno são ministradas pelo modelo
global CPTEC/COLA com truncamento triangular T062 e 28 níveis verticais
(Bonatti, 1996). Nessas condições, é às vezes difícil discernir se os erros
observados na previsão de um determinado fenômeno se devem às falhas
intrínsecas do modelo ou a possível influência das condições iniciais e/ou de
contorno.
Com o objetivo de analisar, com um pouco mais de detalhe, a influência da
condição inicial e de contorno, com relação à atuação do JBN, o modelo Eta foi
integrado no modo simulação (ver Seção 3.2), utilizando como condições nas
bordas laterais as análises operacionais do NCEP (T126L28). Cabe ressaltar
que embora se espere que as simulações numéricas forneçam uma melhor
representação dos sistemas meteorológicos estudados, a utilização de
condições de contorno analisadas não garante a eliminação dos erros de
fronteira, já que foi mostrado neste estudo que á análise do NCEP pode diferir
das observações.
4.4.1 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santa Cruz de la
Sierra
As Figuras 4.39 e 4.40 mostram que as simulações, para os casos de JBN
ocorridos as 06 e 18 Z em Santa Cruz estão muito semelhantes entre si, para
os distintos prazos de previsão, contudo permanecem a subestimar a
88
velocidade do vento meridional. Comparando estas simulações com as
previsões (Figuras 4.9 e 4.10), ambos do modelo Eta 40 km observa-se que as
diferenças são mínimas.
FIGURA 4.39 – Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica
do modelo Eta 40 km, em casos de JBN as 06 Z.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
89
FIGURA 4.40 – Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica
do modelo Eta 40 km, em casos de JBN as 18 Z.
4.4.2 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Santiago Del Estero
Em casos de JBN em Santiago nos horários das 06 e as 18 Z (Figuras não
mostradas) todas as simulações estão muito próximas do observado,
principalmente, as realizadas para o prazo de 36 horas de antecedência.
Nos casos de NJBN das 00 (Figura 4.41), 06, 12 e 18 Z (Figuras não
mostradas) as simulações superestimaram a intensidade do vento como
também o cisalhamento do vento meridional. De modo geral, as simulações
que melhor se comportaram foram as realizadas com 12 e 24 horas de
antecedência.
Para todos os casos de JBN e NJBN, quando comparados às simulações com
as previsões, ambos do modelo Eta 40 km observa-se que as diferenças são
mínimas.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
90
FIGURA 4.41 – Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica
do modelo Eta 40 km em casos de NJBN ocorridos em
Santiago as 00 Z.
4.4.3 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 40 km x Resistência
Em casos de JBN ocorridos em Resistência nos horários de 00 (Figura 4.42),
06 e 12 Z mostram que as simulações conseguiram reproduzir com muito boa
precisão o perfil médio do vento meridional observado.
Para os casos de NJBN das 00 e 18 Z as simulações também se comportaram
de forma aproximada com relação aos dados observados.
Para todos os casos de JBN e NJBN, quando às simulações foram
comparadas com as previsões do modelo Eta 40 km observou-se uma grande
semelhança, mas houve um ganho com a inclusão das condições de contorno
analisadas.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
91
FIGURA 4.42 – Como a Figura 4.9 utilizando os dados da simulação numérica
do modelo Eta 40 km em casos de JBN ocorridos em
Resistencia as 00 Z.
4.5 - Comparação entre as Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km e
as Observações
4.5.1 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santa Cruz de la
Sierra
Os perfis verticais obtidos através das simulações com o modelo Eta 20 km em
casos de JBN para Santa Cruz nos horários 06 (Figura 4.43) e 18 Z (Figura
4.44) estão próximos do perfil médio observado, principalmente as simulações
com 36 horas de antecedência. Isso pode significar que o modelo de 20 km
pode resolver melhor a questão da topografia e melhorar os processos de sub-
grade. Vale salientar que comparando as simulações com as previsões, ambas
de 20 km, percebe-se que as simulações com até 36 horas de antecedência
obtiveram um ganho no que se refere à intensidade do vento meridional.
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
92
FIGURA 4.43 – Como a Figura 4.26 para Santa Cruz em casos de JBN as 06
Z.
FIGURA 4.44 – Como a Figura 4.26 para Santa Cruz em casos de JBN as 18
Z.
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Vento Meridional (m/s)
Pressão (hPa)
Pressão (hPa)
93
4.5.2 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Santiago Del Estero
Analisando as figuras (não mostradas) em casos de JBN ocorridos em
Santiago, as 06 e 12 Z, percebe-se que as simulações não obtiveram um
ganho significativo quando comparados às previsões do modelo Ela de 20 km.
Tem-se a mesma conclusão para as simulações em casos de NJBN.
4.5.3 – Simulações Numéricas do Modelo Eta 20 km x Resistência
Para os casos de JBN e NJBN ocorridos em Resistência observa-se que as
simulações não trouxeram bons resultados, mostrando em alguns casos em
que a previsão ficou mais próxima do observado do que as simulações.
4.6 - Comparação entre as Previsões Numéricas do Modelo Eta e as
Análises do NCEP T126L28
Embora sempre seja aconselhável a utilização de dados observados para a
avaliação de simulações e de previsões, isso não é sempre possível,
especialmente quando os fenômenos envolvidos apresentam uma forte
variabilidade espacial. Nesse caso, a alternativa mais freqüente é o uso de
análises ou re-análises em pontos de grade. No presente caso, e devido à forte
variabilidade latitudinal e longitudinal dos JBN foi gerada uma avaliação para
determinar a precisão com que o modelo Eta conseguiu prever e simular o
padrão médio do vento meridional no período de 1 a 10 de fevereiro de 2003
no nível de 850 hPa.
4.6.1 – Previsões numéricas do modelo Eta 40 km x NCEP
As Figuras 4.45 e 4.48 mostram que na região de atuação do JBN o modelo
previu de forma adequada o vento meridional para todos os horários de
previsão, quando comparado com as análises do NCEP. Na Figura 4.46
observa-se que com até 24 horas de antecedência o modelo Eta 40 km tem
êxito em suas previsões, embora para os prazos de previsão superiores a
esses o modelo tende a subestimar o vento meridional na região leste do JBN.
94
Na Figura 4.47 observa-se que o modelo Eta 40 km subestimou o vento
meridional em todos os prazos de previsão na região de atuação do JBN.
De uma forma geral, nas figuras do erro médio para distintos prazos e horários
de previsão, observa-se à existência de um erro sistemático no sul da Bolívia e
norte da Argentina, indicados por valores negativos, o que sugere ser devido a
passagens de frentes frias e da atuação da baixa termo-orográfica. Este erro é
evidentemente mais intenso quanto maior for o prazo da previsão. Com relação
ao desvio padrão verifica-se que na região de atuação do JBN esse desvio
apresenta valores relativamente pequenos, evidenciando que os principais
problemas são devidos às condições iniciais. Os maiores valores de desvio
padrão são observados na região sul deste domínio, o qual aumenta com o
prazo de previsão. Um outro erro sistemático está localizado no leste do JBN
indicando uma superestimativa do vento meridional, causada provavelmente
pela superestimativa da intensidade da Alta subtropical.
95
FIGURA 4.45 – Campo do erro médio (lado direito) e do desvio padrão (lado
esquerdo) do vento meridional, entre as análises do NCEP e
as previsões do modelo Eta 40 km com 12 (a), 24 (b), 36 (c),
48 (d) e 60 (e) horas de antecedência para as 00 Z no nível
de 850 hPa, para o período de 1 a 10 de fevereiro de 2003.
Os valores de vento meridional inferiores que -11 m/s (ventos
de norte maiores a 11/ms) estão indicados por setas (análises
do NCEP T126L28).
(continua)
a)
96
FIGURA 4.45 – Continuação
(continua)
b)
c)
97
FIGURA 4.45 – Conclusão
d)
e)
98
FIGURA 4.46 – Como a Figura 4.45 para as 06 Z.
(continua)
a)
b)
99
FIGURA 4.46 – Continuação
(continua)
c)
d)
100
FIGURA 4.46 – Conclusão
FIGURA 4.47 – Como a Figura 4.45 para as 12 Z.
(continua)
e)
a)
101
FIGURA 4.47 – Continuação
(continua)
b)
c)
102
FIGURA 4.47 – Conclusão
d)
e)
103
FIGURA 4.48 – Como a Figura 4.45 para as 18 Z.
(continua)
a)
b)
104
FIGURA 4.48 – Conclusão
c)
d)
105
4.6.2 – Previsões Numéricas do Modelo Eta 20 km x NCEP
Analisando a Figura 4.49 percebe-se que os erros obtidos com a versão do
Modelo Eta experimental são praticamente semelhantes à versão operacional
(Figura 4.46), principalmente no que diz respeito ao desvio padrão. Em
particular, o aparente aumento do erro médio próximo à encosta da Cordilheira
dos Andes pode derivar-se do problema de comparar previsões com resolução
relativamente alta (20 km) com análises provenientes de modelos globais de
baixa resolução que, além disso, utilizam a coordenada vertical sigma, que
produz erros em regiões próximas de topografia inclinada.
FIGURA 4.49 – Campo do erro médio (lado direito) e do desvio padrão (lado
esquerdo) do vento meridional, entre as análises do NCEP e
as previsões do modelo Eta 20 km com 12 (a), 24 (b), 36 (c) e
48 (d) horas de antecedência para as 06 Z no nível de 850
hPa, para o período de 1 a 10 de fevereiro de 2003. Os
valores de vento meridional inferiores que -11 m/s (ventos de
norte maiores a 11/ms) estão indicados por setas (análises do
NCEP T126L28).
(continua)
a)
106
FIGURA 4.49 – Conclusão
b)
d)
c)
c)
107
4.7 – Influência do JBN no Padrão de Temperatura, Umidade Específica e
Transporte de Umidade
Como foram indicadas na introdução, várias pesquisas apontam a forte
influência que o JBN exerce sobre os campos de temperatura e umidade.
Aproveitando a utilização de um modelo com resolução relativamente alta,
cujas simulações têm mostrado serem satisfatórias, quando comparadas as
observações, a presente seção ilustra sobre o comportamento destas variáveis,
e seu provável impacto sobre as precipitações, durante o período de 1 a 10 de
fevereiro de 2003. Para construir os campos médios das variáveis foram
utilizadas as simulações realizadas com um prazo de 36 horas, já que elas têm
mostrado ser ligeiramente superiores em comparação com as outras previsões
e simulações.
As Figuras 4.50 (a), (b) e (c) ilustram os campos médios de temperatura nos
níveis de 900, 850 e 700 hPa, respectivamente, correspondentes ao período de
1 a 10 de fevereiro de 2003, obtidos a partir das simulações realizadas para um
prazo de 36 horas com o modelo Eta/CPTEC (com resolução horizontal de 40
km). Nessas figuras nota que os valores máximos de temperatura estão
localizados na região subtropical da AS e, especialmente, sobre a região que
ocupa a baixa termo-orográfica. Destaca-se também o forte gradiente de
temperatura na região próxima aos Andes entre as latitudes de 35 e 40ºS,
coincidindo com a posição da passagem de frentes frias. É importante ressaltar
que, embora exista um núcleo quente na região subtropical, o vento de norte
associado à atuação do JBN é relativamente paralelo às isotermas. Essa
situação determina uma advecção de temperatura muito fraca (e ligeiramente
quente) em relação à intensidade dos campos de temperatura e vento.
108
FIGURA 4.50 – Campo médio de temperatura no nível de 900 (a), 850 (b) 700
(c) hPa para o período de estudo as 12 Z.
Com relação às Figuras 4.51 (a), (b) e (c) nota-se que a umidade específica
tem uma maior concentração à leste dos Andes, e sobre as latitudes
compreendidas entre 25 e 30 °S, no nível de 900 hPa. No nível de 850 e 700
hPa a umidade torna-se menos intensa, como cabe esperar, e mais homogênia
na região do JBN. Nota-se, em particular, uma relativa redução da umidade no
nível de 700 hPa na região de atuação da baixa termo-orográfica. Isso pode se
dever, provavelmente, à dinâmica deste sistema, cuja influência diminui
fortemente com a altura.
a)
b)
c)
109
FIGURA 4.51 – Campo médio da umidade específica para o período de 1 a
10 de fevereiro de 2003 para as 12 Z, utilizando as
simulações de 36 horas, para os níveis de 900 (a), 850 (b) e
700 (c) hPa.
Verifica-se nas Figuras 4.52 (a), (b) e (c) que o maior transporte de umidade
está justamente associado ao JBN. Esse transporte ocorre no nível de 900 hPa
desde o equador até a latitude 35ºS, praticamente numa faixa contínua desde
os trópicos até latitudes médias, afetando a Região Sul do Brasil, Bolívia,
Paraguai, Uruguai e norte da Argentina. Esse padrão persiste em 850 hPa,
sendo que o transporte tende a ser mais meridional, provavelmente, devido ao
a)
b)
c)
110
efeito de canalização dos Andes (Seluchi e Marengo, 2000). No nível de 700
hPa o transporte é menor devido à diminuição da umidade nesse nível e
apresenta uma orientação mais no sentido NW-SE, afetando mais diretamente
a região sul do Brasil. Essa mudança na direção do transporte pode estar
relacionada, provavelmente, com uma maior influência dos níveis médios, que
tem uma componente de oeste mais significativa.
FIGURA 4.52 – Campo médio do transporte de umidade para o período de 1 a
10 de fevereiro de 2003 para as 12 Z, utilizando as
simulações de 36 horas, para os níveis de 900 (a), 850 (b) e
700 (c) hPa.
a)
b)
c)
111
A partir das figuras anteriores (Figuras 4.50, 4.51 e 4.52) pode-se deduzir que a
atuação do JBN tem um forte impacto na precipitação sobre a região
subtropical da AS, à leste dos Andes, incluindo a Região Sul do Brasil, Bolívia,
Paraguai, Uruguai e norte da Argentina. Essa conclusão se baseia nos altos
valores de temperatura e umidade verificados desde a superfície até 700 hPa.
Ressalta-se que alguns índices de instabilidade incluem a temperatura e a
umidade nos níveis mais baixos da troposfera como fatores que incrementam a
possibilidade de precipitação por convecção. Nestas condições, a instabilidade
convectiva pode ser liberada pelo levantamento forçado provocado pela
passagem de frentes frias. Esses sistemas, normalmente, são acompanhados
por um cavado em altos níveis que também contribuem para o levantamento
das parcelas de ar próximo à superfície.
112
113
CAPITULO 5
CONCLUSÕES E PESQUISAS FUTURAS
5.1 – Conclusões
A situação sinótica no período de 1 a 10 de fevereiro de 2003 esteve marcada
pela passagem de alguns sistemas frontais fracos, com escoamento
predominantemente zonal, que afetaram principalmente as latitudes médias e,
fundamentalmente, pela atuação da baixa termo-orográfica a leste dos Andes,
o que permitiu a aceleração geostrófica dos ventos de norte na região
subtropical. Essa situação, que dentro da campanha do SALLJEX só foi
verificada durante esses 10 dias, favorecendo a atuação quase continua dos
JBN dentro da região de estudo.
Com a finalidade de avaliar o comportamento do modelo operacional
Eta/CPTEC com relação a sua capacidade de prever os JBN, se obteve o perfil
vertical do vento meridional médio, para os casos de JBN e de NJBN, gerado a
partir das saídas do modelo. Os erros médios para cada nível foram obtidos
utilizando as observações (radiossondagens) coletadas nas estações de
Resistência, Santiago del Estero e Santa Cruz de la Sierra como fonte principal
de informação, por serem essas estações as que melhor registraram as
características dos JBN nos dias analisados.
Em geral foi possível comprovar que o modelo Eta/CPTEC conseguiu prever
com boa acurácia as características fundamentais dos JBN como intensidade
do vento, posição (altura) do núcleo de máxima intensidade e cisalhamento
vertical, tanto na sua versão operacional (com 40 km de resolução horizontal)
como na versão experimental (20 km de resolução), utilizada especialmente
durante o SALLJEX. Em particular, observou-se subestimativa na velocidade
meridional do vento previsto pelo Eta na estação de Santa Cruz de la Sierra
para os casos de JBN e uma superestimativa na estação de Santiago nos
114
casos de NJBN, principalmente, para os prazos de previsão superiores há 24
horas.
Com relação aos distintos prazos de previsão destaca-se a grande semelhança
entre os perfis médios previstos pelo modelo Eta 40 km para todos os prazos
estudados (12 a 60 horas de antecedência). Evidenciando um maior êxito nas
previsões superiores a 36 horas de antecedência, embora, haja uma
subestimativa da componente meridional do vento na CLP com relação às
observações de radiossondagem. Ressalta-se, portanto, o bom desempenho
do modelo, que ao longo da integração conseguiu “corrigir” esta deficiência das
análises. Esse fato faz pensar que o modelo possui física adequada para a
representação deste sistema.
A partir dos resultados desta dissertação, assim como de outros trabalhos,
cabe refletir sobre a qualidade das análises e reanálises do NCEP,
freqüentemente utilizadas como condições iniciais e/ou de contorno para
estudos numéricos, ou inclusive como fonte de “observações” para estudos de
diagnóstico. Uma pesquisa recente sobre um estudo de caso de JBN, que não
faz parte desta dissertação (Carneiro et al., 2004; Herdies et al., 2004), mostrou
que a utilização de condições iniciais que incluam a assimilação de dados
coletados durante o SALLJEX pode contribuir a aumentar significativamente o
desempenho das previsões dos modelos regionais. Esse fato permite concluir
que as análises do NCEP apresentam deficiências não só pela resolução
relativamente baixa e pelo fato de derivar de um modelo que utiliza a
coordenada vertical sigma numa região fortemente influenciada pela orografia,
se não também pela escassez de observações meteorológicas (de superfície e
altura) na região de atuação dos JBNs.
Com o objetivo de analisar o possível impacto nos resultados decorrentes de
mudanças na resolução horizontal do modelo e no tamanho do domínio de
integração, fez-se necessário avaliar a versão experimental do modelo Eta
utilizada para realizar as previsões de tempo durante o SALLJEX. Nesta
115
avaliação se conclui que houve um ganho pouco significativo nas previsões
realizadas com o modelo Eta 20 km. Esse comportamento pode se dever
parcialmente ao bom desempenho do Eta 40 km, utilizado como condição
inicial e também a dificuldade para avaliar certos padrões espaciais, como por
exemplo o cisalhamento horizontal do vento nas proximidades do JBN.
Houve uma tentativa de realizar uma avaliação espacial (horizontal) da
habilidade do modelo para prever as características principais dos JBN através
da comparação com as análises do NCEP. Essa avaliação mostrou novamente
um bom desempenho do modelo Eta/CPTEC, já que os erros médios e erros
padrões mais significativos (embora relativamente pequenos) se localizaram
em áreas fora da região de atuação do JBN. Uma comparação realizada com a
versão Eta 20 km mostrou que esta apresentaria alguns erros
comparativamente maiores nas proximidades da encosta da Cordilheira dos
Andes. Contudo, cabe lembrar dos problemas que as análises apresentam
nesta região (Seluchi e Marengo, 2000), além da dificuldade de comparar
essas análises de baixa resolução com previsões rodadas com resolução
significativamente maior.
Uma segunda etapa consistiu em avaliar o grau de acerto das simulações (uso
análises do NCEP como condições de contorno) desenvolvidas com as versões
do modelo Eta experimental e operacional para o mesmo período e local de
estudo. Em geral verificou-se que o impacto da utilização de condições de
contorno analisadas foi pouco significativo em ambos os casos, especialmente
para as primeiras horas de integração. Esse resultado pode se dever, por um
lado, ao tamanho do domínio de integração do modelo Eta 40 km (que abrange
praticamente todo o continente) e ao prazo relativamente curto das
previsões/simulações. Um outro motivo pode ser a pouca diferença observada
entre as previsões do modelo global CPTEC/COLA, que fornece as condições
de borda para as previsões e as análises do NCEP, pois o modelo global
conseguiu prever com boa precisão o padrão de escala regional. Essa questão
permite ratificar que uma boa representação da situação de escala maior
116
parece ser uma questão chave para permitir que os modelos regionais, com
melhor resolução e representação mais sofisticada dos processos físicos,
possam reproduzir com boa precisão as características de meso-escala. Esse
fato pode ser mais evidente em situações como a analisada nesta dissertação,
consistente num evento clássico de JBN forçado em grande parte pelo
escoamento de escala regional (presença da baixa termo-orográfica,
intensidade do anticiclone do Atlântico, etc). Trabalhos futuros deverão
pesquisar sobre a importância da resolução e sofisticação dos modelos, a
qualidade da condição inicial a nível regional, o impacto das condições de
contorno, etc. em casos onde o JBN se apresente em forma mais localizada ou
esporádica.
5.2 – Pesquisas Futuras
A partir dos resultados alcançados nesta dissertação, podem ser sugeridas
varias linhas de pesquisa para serem desenvolvidas no futuro.
Em primeiro lugar, cabe se perguntar sobre o desempenho dos modelos
regionais em situações meteorológicas associadas à ocorrência JBN com
características diferentes às observadas durante o período 1 a 10 de fevereiro
de 2003. Em particular, os JBN podem ocorrer em todas as estações do ano e
tanto sob forçantes sinoticamente ativos (como foi claramente o caso
analisado) como inativos. Neste último caso, provavelmente a qualidade da
condição de contorno e, especialmente, da condição inicial, assim como o grau
de sofisticação do modelo numérico (resolução horizontal e vertical, a física,
etc) sejam de vital importância para prever a ocorrência dos JBN com sucesso.
Em geral, a influência dos fatores numéricos e físicos na previsão dos JBN
deve ser abordada com mais detalhe no futuro.
Uma outra linha aponta a utilização de fontes alternativas (não convencionais)
de observação para avaliar o desempenho dos modelos, entre as quais
podemos citar o uso de informação de satélites, dados coletados pelo avião P3
da NOAA durante o SALLJEX e utilização de radar meteorológico. Finalmente,
117
o uso intensivo das observações disponíveis (especialmente nas campanhas
de medição como o SALLJEX e o PACS-SONET) como de integrações de
modelos numéricos adequados, poderiam ajudar no desenvolvimento de
pesquisas tendentes a analisar os processos físicos intervenientes no ciclo de
vida dos JBNs da AS.
118
119
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