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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E
CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
WLADEMIR JOSÉ DE SANTIS JUNIOR
AVALIAÇÃO DOS DISTÚRBIOS ONDULATÓRIOS DE LESTE NA
AMÉRICA DO SUL TROPICAL E ADJACÊNCIAS.
SÃO PAULO
2008
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Wlademir José de Santis Junior
AVALIAÇÃO DOS DISTÚRBIOS ONDULATÓRIOS DE LESTE NA AMÉRICA DO
SUL TROPICAL E ADJACÊNCIAS.
Dissertação apresentada ao Instituto de
Astronomia, Geofísica e Ciências
Atmosféricas, Universidade de São Paulo,
como condição parcial para obtenção do título
de Mestre em Ciências, Área de Concentração:
Meteorologia
Orientador: Prof. Dr. Pedro Leite da Silva Dias
São Paulo
2008
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AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Prof. Dr. Pedro Leite da Silva Dias pela orientação, incentivo e por toda a
confiança e paciência no decorrer do desenvolvimento deste trabalho.
Aos professores do Departamento de Ciências Atmosféricas agradeço pela formação,
proximidade e carinho.
Ao ambiente de aprendizado e amizade encontrado no laboratório MASTER.
Ao Prof. Dr. Adilson Wagner Gandú pela inestimável contribuição em minha iniciação na
vida científica.
Aos Profs. Dr. Edmilson Dias de Freitas, Prof. Dr. Leila Véspolli de Carvalho e Prof. Dr.
Ricardo de Camargo por todo o incentivo e amizade.
Aos amigos: Fábio Calixto Cabral, Enzo Todesco, Bruno Biazeto, Eder Paulo Vendrasco,
Pedro Pais Lopes, Rodrigo Bombardi, Ricardo Martins Campos, América Murguia, Fabrício
Branco e Inês Iwashita por toda a ajuda, apoio e pela inesquecível convivência.
À Elisabete Flores e a todos os funcionários do IAG que contribuíram para o ambiente
hospitaleiro em que convivi.
Ao CNPp pelo apoio financeiro.
Aos meus pais, Wlademir José de Santis e Maria de Fátima da Silva de Santis, por me
mostrarem como ser digno e honrado, e pela infindável fonte de amor e incentivo.
Às minhas irmãs, Jaqueline e Caroline, por todo carinho e incentivo.
À minha esposa, Daniela Patrícia Vega de Santis, por me acompanhar nessa jornada,
mantendo-me acordado, feliz e amado.
A todos os meus amigos, àqueles que confiaram, acompanharam e contribuíram, de uma
forma ou de outra, para a execução de mais esta etapa.
i
SUMÁRIO
LISTA DE SÍMBOLOS E VARIÁVEIS..............................................................................iii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS............................................................................v
LISTA DE FIGURAS.............................................................................................................vi
LISTA DE TABELAS...........................................................................................................xiv
RESUMO.................................................................................................................................xv
ABSTRACT............................................................................................................................xvi
1 INTRODUÇÃO...........................................................................................................17
1.1 Estrutura das Ondas de Leste – Revisão Histórica.......................................................17
1.2 Energética das Ondas de Leste – Observações e Modelos Numéricos.........................24
1.3 Objetivos.......................................................................................................................28
2 METODOLOGIA............................................................................................................30
2.1 Conjuntos de Previsões e Análises................................................................................30
2.2 Diagramas de Hovmöller e Critério de Identificação das Ondas de Leste..................33
2.3 Técnica de Composição................................................................................................34
2.4 Análise Energética........................................................................................................35
3 ONDAS COMPOSTAS..................................................................................................40
3.1 Composições Verticais..................................................................................................41
3.1.1 Modelo CPTEC – Análise................................................................................42
3.1.2 Modelo CPTEC – Conjunto de Previsões........................................................44
3.1.2.1 Componente Meridional (v').............................................................................44
3.1.2.2 Componente Zonal (u')......................................................................................46
3.1.2.3 Componente Vertical (ω')..................................................................................46
3.1.2.4 Anomalias de Temperatura (T').........................................................................47
3.1.2.5 Umidade Relativa (UR')....................................................................................48
3.1.3 Modelo GFS/NCEP – Análise...........................................................................49
3.1.3.1 Componente Meridional (v').............................................................................49
3.1.3.2 Componente Zonal (u')......................................................................................50
3.1.3.3 Componente Meridional (ω').............................................................................50
3.1.3.4 Temperatura (T')................................................................................................51
3.1.3.5 Umidade Relativa (UR')....................................................................................51
4 ENERGÉTICA.................................................................................................................78
4.1 Perfis Verticais: Conjuntos de Análises e Previsões – CPTEC.........................78
4.1.1 Energia Cinética da Perturbação (Ke)...............................................................78
4.1.2 Conversão entre Energia Cinética Zonal e Energia Cinética da Perturbação
(Ck).......................................................................................................................................80
4.1.3 Conversão entre Energia Potencial Zonal e Energia Potencial Disponível
(Ca).......................................................................................................................................81
4.1.4 Conversão entre Energia Potencial da Perturbação e Energia Cinética da
Perturbação (Ce)...................................................................................................................82
4.1.5 Termo de Geração de Energia Potencial da Perturbação por Processos
Diabáticos (G
E
).....................................................................................................................83
4.2 Perfis Verticais: Conjuntos de Análises e Previsões – GFS..........................................84
4.2.1 Energia Cinética da Perturbação (Ke)...............................................................84
4.2.2 Conversão entre Energia Cinética Zonal e Energia Cinética da Perturbação
(Ck).......................................................................................................................................85
ii
4.2.3 Conversão entre Energia Potencial Zonal e Energia Potencial Disponível
(Ca).......................................................................................................................................86
4.2.4 Conversão entre Energia Potencial da Perturbação e Energia Cinética da
Perturbação (Ce)...................................................................................................................86
4.2.5 Termo de Geração de Energia Potencial da Perturbação por Processos
Diabáticos (G
E
).....................................................................................................................88
5 CONCLUSÕES..............................................................................................................112
5.1 Sugestões para Trabalhos Futuros...............................................................................116
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................118
iii
LISTA DE SÍMBOLOS E VARIÁVEIS
A
Z
- Energia potencial disponível zonal
A
E
- Energia potencial da perturbação
K
Z
- Energia cinética zonal
K
E
- Energia cinética da perturbação
C
A
- Conversão de A
Z
para A
E
C
E
- Conversão de A
E
para K
E
C
K
- Conversão de K
Z
para K
E
G
E
- Geração de A
E
C
P
- Calor específico do ar seco à pressão constante
θ - Temperatura potencial
σ - Termo de estabilidade estática
D
E
- Termo de dissipação de Energia cinética
BK
E
- Fluxo de K
E
pelas fronteiras
BA
E
- Fluxo de A
E
pelas fronteiras
BΦ
E
- Geração de K
E
pelo trabalho realizado pela pressão nas froteiras
u - Componente zonal do vento
v - Componente meridional do vento
ω - Componente vertical do vento
g - Constante gravitacional
R - Constante para o ar seco
P - Pressão
iv
T - Temperatura
UR - Umidade relativa
a - Raio da Terra
λ - Longitude
- Latitude
α - Volume específico
v
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
GFS – Sistema de Previsão Global (Global Forecast System)
NCEP – Centro Nacional para Pesquisa Ambiental (National Center of Environmental
Prediction)
NCAR – Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center of Atmospheric
Research)
GATE – Programa Global de Pesquisas Atmosféricas (Global Atmospheric Research
Program)
GARP – Experimento no Atlântico Equatorial do programa GATE
NMC – Atual NCEP
ECMWF – Centro Europeu de Previsão de Tempo (European Centre for Medium Range
Weather Forecasts)
OL(‘s) – Onda de Leste (Ondas de Leste)
JA – Jato Africano
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Composição da componente meridional do vento (a) em m/s, desvio de
temperatura (b) em °C e desvio da umidade relativa (c). Os pontos R, N, T e S referem-se à
crista, ponto de máxima componente de norte, cavado e ponto de máxima componente de sul,
respectivamente. Adaptado de Reed e Recker (1971)..............................................................20
Figura 3.1 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Os valores
correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN
(a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e). O contorno em preto indica o valor 0...................53
Figura 3.2 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na
Figura 3.1..................................................................................................................................53
Figura 3.3 – Composição vertical da anomalia da componente meridional do vento (Pa s-1),
W’, para o conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na
Figura 3.1..................................................................................................................................54
Figura 3.4 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto das
análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1..................54
Figura 3.5 – Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
das análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1...........55
Figura 3.6 – Composição vertical da componente meridional do vento (m.s-1) para o conjunto
CPTEC1Dia. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível,
para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e). O contorno em preto indica
o valor 0....................................................................................................................................55
Figura 3.7 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1) para o
conjunto CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6....................................................56
Figura 3.8 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
) para o
conjunto CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6....................................................56
vii
Figura 3.9 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6...................................................................57
Figura 3.10 – Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6...................................................................57
Figura 3.11 – Composição vertical da componente meridional do vento (m s-1) para o
conjunto CPTEC
2Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada
nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e). O contorno em preto
indica o valor 0.........................................................................................................................58
Figura 3.12 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11........................................58
Figura 3.13 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11........................................59
Figura 3.14 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
CPTEC2Dia. Explanações adicionais na Figura 3.11...............................................................59
Figura 3.15 – Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11.................................................................60
Figura 3.16 – Composição vertical da componente meridional do vento (m.s-1) para o
conjunto do CPTEC
3Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e). O contorno em
preto indica o valor 0................................................................................................................60
Figura 3.17 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16........................................61
Figura 3.18 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16........................................61
Figura 3.19 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto do
CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16.................................................................62
Figura 3.20 – Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
do CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16............................................................62
viii
Figura 3.21 – Composição vertical da componente meridional do vento (m.s-1) para o
conjunto do CPTEC
4Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e). O contorno em
preto indica o valor 0................................................................................................................63
Figura 3.22 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21...................................63
Figura 3.23 – Composição vertical da anomalia da componente meridional do vento (Pa s-1),
U’, para o conjunto do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21............................64
Figura 3.24 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto do
CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21.................................................................64
Figura 3.25 – Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21............................................................65
Figura 3.26 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto GFS
Ana
. Os valores correspondem aos desvios em relação à
média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS (e).
O contorno em preto indica o valor 0.......................................................................................65
Figura 3.27 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.............................................66
Figura 3.28 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.............................................66
Figura 3.29 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto das
análises do modelo global GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26............................67
Figura 3.30 – Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
das análises GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26...................................................67
Figura 3.31 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto GFS
1Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação
à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS
(e). O contorno em preto indica o valor 0.................................................................................68
ix
Figura 3.32 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.............................................68
Figura 3.33 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.............................................69
Figura 3.34 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.......................................................................69
Figura 3.35 – Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.......................................................................70
Figura 3.36 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto GFS
2Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação
à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS
(e). O contorno em preto indica o valor 0.................................................................................70
Figura 3.37 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), u’,
para o conjunto GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.............................................71
Figura 3.38 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.............................................71
Figura 3.39 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.......................................................................72
Figura 3.40 – Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
do GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36..................................................................72
Figura 3.41 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto GFS
3Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação
à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS
(e). O contorno em preto indica o valor 0.................................................................................73
Figura 3.42 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.............................................73
Figura 3.43 – Composição da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’, para o
conjunto GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41........................................................74
x
Figura 3.44 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.......................................................................74
Figura 3.45 – Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.......................................................................75
Figura 3.46 – Perfil vertical da componente meridional do vento (m s-1) em função das fases
da onda composta para o conjunto GFS
4Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação
à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5ºN (a), 2ºN (b), equador (c), 2ºS (d) e 5ºS
(e). O contorno em preto indica o valor 0. ...............................................................................75
Figura 3.47 – Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s-1), U’,
para o conjunto GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46. ...........................................76
Figura 3.48 – Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s-1), W’,
para o conjunto GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46. ...........................................76
Figura 3.49 – Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46. .....................................................................77
Figura 3.50 – Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46. .....................................................................77
Figura 4.1 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (calculado na área completa) para cada OL
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíil médio do conjuto em (b).....................89
Figura 4.2 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).......................89
Figura 4.3 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).......................90
Figura 4.4 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).......................90
Figura 4.5 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).......................91
Figura 4.6 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................91
xi
Figura 4.7 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................92
Figura 4.8 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................92
Figura 4.9 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................93
Figura 4.10 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................93
Figura 4.11 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................94
Figura 4.12 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................94
Figura 4.13 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................95
Figura 4.14 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................95
Figura 4.15 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................96
Figura 4.16 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................96
Figura 4.17 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................97
Figura 4.18 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................97
Figura 4.19 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................98
xii
Figura 4.20 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................98
Figura 4.21 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...............................................99
Figura 4.22 – Perfil Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada
no conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b) .........................................99
Figura 4.23 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b). ...........................................100
Figura 4.24 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b). ...........................................100
Figura 4.25 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b). ...........................................101
Figura 4.26 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b). ...........................................101
Figura 4.27 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b). ...........................................102
Figura 4.28 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).............................................102
Figura 4.29 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).............................................103
Figura 4.30 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).............................................103
Figura 4.31 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................104
Figura 4.32 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................104
xiii
Figura 4.33 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................105
Figura 4.34 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................105
Figura 4.35 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................106
Figura 4.36 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................106
Figura 4.37 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................107
Figura 4.38 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................107
Figura 4.39 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................108
Figura 4.40 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................108
Figura 4.41 – Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................109
Figura 4.42 – Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................109
Figura 4.43 – Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................110
Figura 4.44 – Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................110
Figura 4.45 – Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b)...................................................111
xiv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Nomenclatura dos conjuntos de análises e previsões para os modelos do CPTEC e
NCEP........................................................................................................................................31
Tabela 3.1 – Parâmetros médios das Ondas de Leste encontradas no conjunto de análises e
previsões do modelo T126 – CPTEC, para os meses de março a setembro de 2007...............40
Tabela 3.2 – Parâmetros médios das Ondas de Leste encontradas no conjunto de análises e
previsões do modelo GFS – NCEP, para os meses de março a setembro de 2007...................41
xv
RESUMO
Foram avaliadas neste trabalho as características energéticas, dinâmicas e
termodinâmicas das Ondas de Leste presentes nas previsões de até 96 horas e nas análises
operacionais de dois modelos globais, T126 e GFS, provenientes dos centros meteorológicos
CPTEC/INPE e NCEP/NCAR, no período entre março e setembro de 2007 sobre a latitude de
0º no Atlântico equatorial. Os aspectos médios das Ondas de Leste foram investigados através
de um método de composição aplicado em conjuntos definidos pelo modelo utilizado e prazo
de previsão. Foi observado em ambos os modelos a diminuição do número de ondas
identificadas com o aumento do prazo de previsão, comparado com as ondas identificadas nas
análises operacionais de cada modelo. As composições verticais das anomalias zonais do
vento meridional apresentam pouca variação entre os conjuntos de análise e previsão, com
máxima amplitude em 700 hPa. O máximo de atividade convectiva é observado a oeste do
cavado. As anomalias de temperatura, componente zonal e umidade relativa apresentam
grande similaridade espacial na estrutura da onda composta, sobretudo no hemisfério sul, com
bandas alternadas de anomalias positivas e negativas, inclinadas para oeste com a altura. A
estrutura vertical dos processos energéticos relacionados às Ondas de Leste é estudada através
de perfis verticais dos termos de energia. Os resultados mostram que os termos de conversão
C
K
e C
E
são igualmente importantes na manutenção da estrutura das ondas. O termo G
E
é a
principal fonte de A
E
e apresenta estrutura vertical bastante similar à C
E
, indicando que o
processo de instabilidade condicional de segundo tipo (CISK) desempenha papel fundamental
na manutenção das ondas nesta região. Os perfis verticais revelaram diferenças nos termos de
energia entre as ondas identificadas no começo e no final do período de análise, indicando a
existência de regimes sazonais do ponto de vista do ciclo energético nos processos de
manutenção das Ondas de Leste.
xvi
ABSTRACT
This study assesses the energy, dynamic and thermodynamic characteristics of the Easterly
Waves in forecasts up to 96 hours and operational analysis of two global models, T126 and
GFS, from the meteorological centers CPTEC/INPE and NCEP/NCAR, in the period between
March and September 2007 on the latitude of 0 ° in the equatorial Atlantic. Aspects of waves
were investigated by a composite method applied in sets defined by the type of model and
forecasting time. It was observed in both models that the number of waves predicted by the
model decreases as the forecast time increases, compared with the waves identified in
operational analysis of each model. The vertical composition of the zonal wind anomalies
shows little variation between the sets of analysis and prediction, with maximum amplitude at
700 hPa. The maximum convective activity is observed west of the trough. The anomalies in
temperature, relative humidity and zonal component show great similarity in the vertical
structure of the wave composed, especially in the southern hemisphere, with alternating bands
of positive and negative anomalies, tilted westward with height. The vertical structure of
energy budget if the Easterly Waves is studied through vertical profiles. The results show that
both C
K
and C
E
are also important in maintaining the structure of the waves. The term G
E
is
the main source of A
E
and presents vertical structure very similar to the C
E
, indicating that the
process of conditional instability of second kind (CISK) plays an important role in the
maintenance of the waves. The vertical profiles revealed differences in terms of energy
between the waves identified at the beginning and end of the period of analysis, indicating the
existence of seasonality in terms of energy cycle in the processes of maintaining the Easterly
Waves.
17
1 INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como objetivo principal a análise da estrutura dinâmica,
termodinâmica e energética das perturbações nos ventos alísios na região do Atlântico
Equatorial presentes nas previsões operacionais e nas análises de validação de dois modelos
globais.
Regiões equatoriais úmidas, como o Atlântico Equatorial, são geralmente
caracterizadas por um clima dominado por eventos sinóticos transientes com elevadas taxas
de precipitação, associada a sistemas convectivos. Na região entre as altas subtropicais e a
Zona de Convergência Inter-tropical (ZCIT) existe a predominância dos Ventos Alísios, com
direção predominante de leste-nordeste no Hemisfério Norte e leste-sudeste no Hemisfério
Sul (Nieuwolt, 1977). Em baixos níveis o ar é geralmente úmido e a temperatura depende das
trocas de energia na interface oceano-atmosfera, caracterizando a chamada “camada de
mistura”. A camada de mistura é geralmente rasa sobre os oceanos (da ordem de 500m) e no
topo surgem os Cúmulus rasos, que raramente levam à precipitação. Acima da região dos
cúmulos rasos é encontrada a Camada de Inversão dos Alísios, onde a temperatura aumenta
com a altura, resultando na estabilização da atmosfera e supressão na formação de convecção
profunda. No entanto, mesmo a região estável dos alísios apresenta distúrbios transientes que,
por se moverem para oeste com os alísios, são chamadas de Ondas de Leste (OL's) (Riehl
1974).
1.1 Estrutura das Ondas de Leste – Revisão Histórica
Ondas de Leste na região tropical do Atlântico e do Pacífico são
perturbações de escala sinótica nos campos do vento e pressão que modulam a convecção na
18
ZCIT (e.g. Reed and Recker 1971; Reed et al. 1977; Molinari et al. 1997; Molinari et al.
2000; Serra and Houze 2002; Petersen et al. 2003; Kiladis and Wheller 1995; Serra et al.
2008).
Segundo Berry et al., (1945), estes distúrbios ondulatórios podem ser
encontradas na região equatorial em diversas partes ao redor do globo.
Os principais métodos clássicos utilizados para investigar as OL’s são:
• Análise da composição de campos sinóticos (e.g., Williams, 1970; Reed e
Recker, 1971; Reed et. al., 1977; Shapiro 1978; Thompson et. al., 1979; Nitta e
Takayabu 1985; Tai e Ogura, 1987 e Ross e Krishnamurti 2007);
• Análise espectral (e.g., Burpee, 1972; Neiva, 1975; Nitta et. al., 1985; Nita e
Takyabu, 1985; Tai e Ogura, 1987; Chan, 1990; e Liebmann e Hendon, 1990);
• Simulações numéricas (e.g., Krishnamurti e Kanamitsu, 1973; e Paradis et. al.,
1995 ; Rennick, 1976; Mass, 1979; Kwon, 1989);
• Estudos de casos com cartas sinóticas e sondagens de ar superior (e.g. Hall,
1989).
Riehl (1954) analisou as OL’s na região do Caribe e construiu a primeira
estrutura tridimensional detalhada das OL’s. Ele conclui que a oscilação no campo de vento e
pressão apresenta-se em fase na superfície, o que sugere que a relação geostrófica seja
aproximadamente observada, mesmo nas latitudes mais baixas. O eixo do cavado tem direção
nordeste-sudoeste e inclinação para leste com a altura. Na dianteira do cavado as
características são de tempo bom, com divergência e movimento subsidente nos baixos níveis.
Na retaguarda do cavado há convergência e predominância de movimento ascendente.
19
Reed e Recker (1971) utilizaram a técnica de composição proposta por
Williams (1970) e realizaram a composição de 18 OL’s na parte oeste do Pacífico, durante os
meses de julho a setembro de 1967. O resultado da composição mostra que as regiões de
máxima componente meridional do vento estão em fases opostas na baixa e alta troposfera
(Figura 1.1 a). Os desvios de temperatura apresentam-se negativos em baixos e altos níveis e
positivos em níveis médios (Figura 1.1 b). A umidade relativa apresenta máximos próximos
ao cavado (Figura 1.1 c), junto com o máximo de movimento vertical e precipitação. As
ondas apresentaram comprimento médio entre 3500-4000 km, com deslocamento médio para
oeste de 7° de longitude por dia (aproximadamente 9 m s
-1
). Eles observam que a estrutura
vertical das OL’s é modificada ao longo de sua trajetória para oeste. Na parte leste da região
de estudo as OL’s apresentam o eixo do cavado com inclinação para leste com a altura,
tornando-se vertical na região central e com inclinação invertida na parte oeste da região de
estudo. Essa variação é atribuída à variação longitudinal do cisalhamento vertical do vento
médio (Holton, 1971).
Em Reed et al., (1977), as características das OL’s do Atlântico, conhecidas
como Ondas Africanas (OA’s), foram estudadas. O trabalho utiliza os dados da Fase III do
GARP
1
Atlantic Tropical Experiment (GATE
2
), entre 23 de agosto até 19 de setembro de
1974.Os autores analisam oito OL’s com comprimento de onda médio de 2500 km e período
de 3,5 dias, movendo-se para oeste a 8 m s
-1
(6-7° longitude/dia). Os resultados mostram que
o nível de maior amplitude das anomalias da componente meridional é 650 hPa, com núcleo
frio abaixo e quente acima desse nível. A atividade convectiva e a precipitação acumulada são
máximas na região do cavado, sobretudo ao sul da trajetória da perturbação.
1
Global Atmospheric Research Program.
2
O experimento GATE teve três períodos de coletas de dados: Fase I ( 26 de junho até 16 de julho); Fase II (28
de julho ate 16 de agosto); Fase III (30 de agosto até 19 de setembro). Todos em 1974.
20
(a) (b)
(c)
Figura 1.1: Composição da componente meridional do vento (a) em m s
-1
, desvio de
temperatura (b) em °C e desvio da umidade relativa (c). Os pontos R, N, T e S referem-se à
crista, ponto de máxima componente de norte, cavado e ponto de máxima componente de sul,
respectivamente. Adaptado de Reed e Recker (1971).
As OL’s do Atlântico são responsáveis por mais da metade dos ciclones
tropicais originados no Atlântico tropical (e.g., Frank, 1970) e seu caminho pode ser traçado
desde o continente africano até o Pacífico (e.g., Frank, 1969, 1970; Wallace, 1970). Alguns
estudos mostram que o processo de ciclogênese de ciclones tropicais no Pacífico leste está
associado com a penetração de OL’s provenientes do Atlântico (e.g. Avila 1991, Avila e
Pasch 1992).
21
Adams e Stensrud (2007) utilizaram modelos numéricos na região do Golfo
da Califórnia para simular a influência das OL’s na monção da América do Norte. Os autores
comparam simulações com inicialização completa com simulações onde o estado básico
inicial não continha o sinal das OL’s. Eles sugerem que as OL’s têm papel fundamental nas
monções norte-americanas e podem explicar parte da relação inversa entre a precipitação nas
planícies ao sul do continente americano e as monções.
Embora seja conhecida a existência das OL’s em toda a região tropical do
globo, em ambos os hemisférios (e.g., Asnani, 1993), o maior volume de trabalhos se
concentra no Hemisfério Norte e pouco se encontra sobre OL’s no Atlântico Sul na literatura
especializada.
Yamazaki e Rao (1977) analisaram imagens de satélite sobre o Atlântico Sul
em 1967 para identificar a presença de distúrbios de leste nessa região. Eles utilizaram faixas
de imagens entre 5-10S e 10-15S e identificaram aproximadamente 20 linhas de nebulosidade
propagando-se para oeste e atingindo a costa do Brasil. O comprimento de onda médio
encontrado foi de aproximadamente 4000 km e velocidade média de propagação de 10 m s
-1
.
Neiva (1975) utilizou análise espectral e espectro cruzado para identificar a
existência de distúrbios ondulatórios na troposfera sobre o Atlântico Sul. Segundo o autor a
análise espectral apresenta com 95% de confiança periodicidade de 4-6 dias, com
comprimento de onda de aproximadamente 6000 km, propagando-se a aproximadamente 11º
de longitude por dia.
22
Chan (1990) investigou as características básicas das OL’s sobre o Atlântico
Sul para o ano de 1979. O autor utilizou dados do NMC
3
e dados de ROL e encontrou
distúrbios com comprimento de onda entre 4800 e 6200 km, com velocidade de fase entre 10
e 12 m s
-1
e período de 5 a 6 dias. Através de análise espectral da componente meridional do
vento em 5S o autor identifica distúrbios com período entre 3 a 5 dias. Com espectros
cruzados o comprimento de onda é de 3300 km (entre março e maio) e 5200 km (entre junho
e agosto), com velocidades de fase de 9,5 e 15 m s
-1
, respectivamente.
Utilizando as análises do ECMWF
4
, De Felice et. al., (1990, 1993) mostra a
existência de distúrbios ondulatórios de escala sinótica movendo-se para oeste sobre o
Atlântico tropical durante o verão de 1981, com período de 6-9 dias e velocidade de fase de
aproximadamente 8,5 graus de longitude por dia. Esses distúrbios aparentemente são distintos
das Ondas Africanas e apresentam aspectos similares aos das ondas mistas de Rossby-
gravidade. Viltard et al., (1997) utilizam as análises do ECMWF para comparar os distúrbios
de 6-9 dias com as Ondas Africanas, durante o verão de 1985. Segundo os autores, embora os
distúrbios apresentem a mesma velocidade de fase (7-8 graus por dia), existem diferenças
substancias em suas estruturas.
Espinoza (1996) utiliza a técnica de Funções Ortogonais Empíricas (EOF) e
Funções Ortogonais Empíricas Estendidas (EEOF) na componente meridional do vento
extraída das análises do ECMWF para investigar as OL’s no Atlântico Tropical. Segundo
Espinoza os distúrbios estão presentes durante todo o ano, apresentando características
sazonais distintas. Durante a fase mais ativa (junho a agosto) os distúrbios apresentaram
comprimento de onda de 3500 a 4000 km e velocidade de fase de 10 a 13 m s
-1
, com
3
O NMC denomina-se NCEP atualmente (National Center of Enviromental Prediction)
4
European Centre for Medium Range Weather Forecasts.
23
inclinação horizontal de sudoeste para nordeste e inclinação vertical para leste entre 1000 e
700 hPa e para oeste entre 700 e 500 hPa.
Mota (1997) analisou treze distúrbios que atingiram a costa nordeste do
Brasil entre os meses de junho a agosto de 1994. O autor encontra que, em geral, os distúrbios
entre as latitudes de 0º e 10S têm período de 4 dias, velocidade de fase de 10 m s
-1
e
comprimento de onda médio de 3200 km. Através de um método de composição ele
determinou a estrutura vertical média do conjunto de OL’s identificadas, com máxima
oscilação em 700 hPa, máxima vorticidade ciclônica sobre o cavado em 700 hPa e máxima
vorticidade anticiclônica na dianteira do cavado em 225 hPa. Os desvios negativos de
temperatura localizam-se em duas regiões principais, na retaguarda do cavado nos baixos
níveis e outra no nível de 500 hPa próximo do cavado.
A influência das OL’s na formação de perturbações convectivas sobre a
região norte-nordeste do Brasil foi estudada por Barbosa (2005). O autor conclui que as OL’s
estão relacionadas com o início de 60% das perturbações convectivas que se propagam mais
de 450 km continente adentro, porém, não são o único fator relacionado com a geração e
propagação das perturbações convectivas.
Inúmeros estudos foram feitos sobre as características das OL’s em seu
estado maduro e sua influência em outros sistemas atmosféricos. No entanto, o processo de
formação das OL’s do Atlântico equatorial e os locais de origem foram menos estudados. Os
trabalhos pioneiros sobre a gênese das OL’s são os de Carlson (1969a, b, 1971) e Burpee
(1972). Carlson (1969a, b), utilizando análises sinóticas diárias sobre o oeste da África,
determinou que as OL’s formavam-se ao leste do meridiano de Greenwhich e propagavam-se
para oeste, porém, devido à falta de um padrão característico de nuvens e o número
insuficiente de estações de superfície, a região de formação fica mal determinada.
24
Burpee (1972) aplicou análise espectral em cinco anos de dados de ar
superior, encontrado um máximo no espectro da componente meridional do vento em 3-5
dias, com amplitude de 1-2 m s
-1
próximo a 700 hPa. O autor conclui que a formação das
OL’s não se deve ao fluxo de ar pelas montanhas da Etiópia, mas sim pela direta correlação
com o Jato Africano (JA) em níveis médios encontrado na região de intensa atividade
baroclínica ao sul do Saara. Ele conclui que ambos os cisalhamentos, vertical e horizontal,
atuam como fonte de energia para a perturbação.
Albignat e Reed (1980) utilizaram análise espectral e espectros cruzados
para determinar a origem das OL’s presentes nos dados da Fase III do GATE. Eles utilizaram
dados de vento em 850 e 700 hPa de estações distribuídas entre 50E até 20W e 5S até 25N.
Segundo os autores, todas as estações a oeste de 10E apresentaram forte pico espectral em 3-4
dias e pouco ou nenhum sinal desse pico foi observado nas estações a leste de 10E. A
principal região de intensificação dos distúrbios ficou compreendida entre 10E e 0°, próximo
a região de máxima instabilidade do JA em níveis médios. Com a análise de espectro cruzado
eles concluem que o início de algumas perturbações ocorre ao sul do Mar Vermelho ou
mesmo mais ao leste.
1.2 Energética das Ondas de Leste – Observações e Modelos Numéricos
O tratamento clássico dos distúrbios ondulatórios de leste na região
equatorial é considerá-los como distúrbios transientes no fluxo médio. Uma forma de abordar
as características dinâmicas e termodinâmicas da estrutura relacionada às OL’s é através do
cálculo de seus processos energéticos.
A separação do ciclo de energia em termos de energia potencial e cinética
zonal e transiente foi proposta inicialmente por Lorenz (1955), em seu estudo sobre a
25
circulação geral da atmosfera. O conjunto de equações desenvolvido por Lorenz é uma
aproximação das equações exatas de energia. Essas equações permitem descrever
numericamente todo o ciclo de energia de um sistema totalmente fechado. Muench (1965)
desenvolveu o conjunto de equações em coordenadas esféricas em níveis de pressão para um
sistema atmosférico parcialmente fechado, permitindo fluxos pelas fronteiras. Para a
realização desse trabalho utiliza-se o conjunto de equações baseados em Muench (1965) e
descrito em Norquist et al. (1977), com adição do termo de geração de energia potencial da
perturbação por processos diabáticos.
Análises observacionais do ciclo de energia dos distúrbios ondulatórios de
leste na região do Oceano Atlântico são relativamente raras, devido à escassez de dados nesta
região, no entanto, o trabalho de Norquist et. al., (1977) estimou o ciclo de energia das OL’s
na região entre 10L e 31W e 1S e 26N, para o período de 23 de agosto a 19 de setembro de
1974, utilizando os dados observacionais coletados na fase III do experimento GATE. Foi
encontrado que a energia cinética dos distúrbios é mantida quase igualmente pela energia
cinética do estado básico (Kz) e pela energia potencial da perturbação (Ae). A conversão de
energia cinética do estado básico para a perturbação (Ck) foi mais importante na sub-região
oceânica do que na região sobre o continente, diferente da conversão (Ce) entre energia
potencial da perturbação e energia cinética da perturbação, que foi maior sobre o continente.
O termo de conversão (Ca) entre energia potencial zonal e energia potencial da perturbação
pouco difere entre as regiões continental e oceânica, sugerindo que a liberação de calor latente
desempenha um papel importante no crescimento e manutenção das OL’s no oeste da África,
mas não no oceano adjacente, no entanto, não foram estimados no trabalho a geração de
energia potencial da perturbação por aquecimento diabático, dissipação de energia cinética
por atrito e fluxo de energia pelas fronteiras.
26
Rennick (1976) utilizou um modelo linearizado, pseudo-spectral de
equações primitivas para simular numericamente a formação das OL’s na região do JA. A
autora encontrou que ambos os cisalhamentos, vertical e horizontal, contribuem para a
instabilização do jato. A onda mais instável encontrada no modelo apresentou maior
intensidade em 700 hPa, comprimento de onda de 3000 km e período de 2-2,5 dias. A
perturbação intensificou-se através da energia cinética do estado básico e suas características
foram pouco alteradas ao incluir no modelo numérico uma parametrização para o
aquecimento devido à liberação de calor latente.
Mass (1979) utilizou um modelo linearizado mais completo, com
parametrização de Cúmulus e aquecimento convectivo, para explorar as características das
instabilidades associadas às OL’s. O autor utilizou como condição inicial uma média semanal
da componente zonal em 5L, resultando em um modo mais instável com propagação e
estrutura bastante realísticas das OL’s, porém os campos de temperatura e movimento vertical
ainda apresentaram aspectos bastante distintos dos campos observados.
Kwon (1989), utilizando um modelo quasi-geostrófico encontrou que na
ausência de processos úmidos a conversão barotrópica de energia cinética do estado básico
para a perturbação era a fonte dominante de energia. Por outro lado, com a inclusão do
aquecimento por liberação de calor latente ocorre um aumento na conversão de energia
potencial da perturbação para energia cinética da perturbação.
Reed e Recker (1977) e Albignat e Reed (1980) mostraram que as OL’s
estendem-se para baixas latitudes ao norte do JA. Nessa região a atmosfera sobre o Saara é
estaticamente estável e o cisalhamento horizontal anticiclônico inibe a instabilidade
barotrópica. Chang (1993) estudou o impacto das condições distintas entre a parte norte e sul
do JA na geração das OL’s. Ele sugere que a instabilidade baroclínica é responsável pela
27
manutenção dos distúrbios na parte norte do JA. Este aspecto foi observado posteriormente
por Diedhiou et al. (2002) ao investigar o ciclo de energia das ondas de 3-5 dias e 6-9 dias
utilizando as reanálises do NCEP/NCAR entre 1979-97. Os autores sugerem que o regime de
ondas com período de 3-5 dias sobre o continente, na parte sul do JA, resulta principalmente
da instabilidade barotrópica característica da região. Em contrapartida, as ondas que se
propagam ao norte do núcleo do jato, nas regiões do Sahel e Sahara, sofrem contribuições dos
processos de instabilidade barotrópica e baroclínica.
Assim como visto nos trabalhos supracitados, diversos autores atribuem a
formação das Ondas de Leste no Atlântico equatorial ou Ondas Africanas a processos de
instabilidade barotrópica, associados com a região sul do JA, onde ocorre inversão no
gradiente de vorticidade potencial (Burpee 1972), satisfazendo a condição necessária para a
instabilidade barotrópica (Charney e Stern 1962). Entretanto, o papel da liberação de calor
latente como mecanismo relevante na energética das OL’s aparece em vários trabalhos, como
em Schubert et al. (1991) que aponta para a importância da convecção na ZCIT no processo
de instabilização do fluxo zonal.
Um modelo climático regional foi utilizado no trabalho de Hsieh e Cook
(2005) onde é analisada a relação entre a geração dos distúrbios de leste com a intensidade da
ZCIT e do JA. Foram realizadas três simulações onde as condições de fronteira foram
manipuladas para modificar o estado básico climatológico, alterando as características da
ZCIT e do JA. A primeira simulação continha uma configuração de ZCIT intensa, assim
como o JA. A segunda simulação continha um forte JA e uma fraca ZCIT, e, por fim, a
terceira simulação com uma forte ZCIT e um fraco JA. Os autores encontraram que na
simulação com a ZCIT de pouca intensidade as OL’s não apresentaram atividade
significativa. Portanto, a presença das OL’s está mais fortemente correlacionada com a
intensidade da ZCIT do que com a intensidade do JA.
28
Em Hsieh e Cook (2007) foi investigada a evolução temporal e espacial da
energética das OL’s. Os autores encontraram que a fonte majoritária de energia são os
processos de conversão baroclínica, e que a conversão barotrópica, associado ao cisalhamento
horizontal, pode ser igualmente importante quando houver concentração de convecção ao sul
do JA.
Nos trabalhos apresentados acima, são encontradas diferentes atribuições
para os processos responsáveis pela formação e manutenção das OL’s. Trabalhos onde foram
utilizados modelos simplificados com condição inicial contendo o JA, a conversão
barotrópica apresenta papel predominante (e.g. Mass 1979, Kwon 1989, Thorncroft e Hoskins
1994ab). No entanto, modelos contendo a ZCIT prescrita na condição inicial apresentam os
processos baroclínicos e aquecimento diabático como principais fontes para a geração e
manutenção das Ondas de Leste. Portanto, ainda é necessário examinar as OL’s do ponto de
vista energético em simulações realistas, sem aproximações médias em suas condições
iniciais.
1.3 Objetivos
Baseado nas observações supracitadas, o trabalho apresentado tem como
objetivos:
(a) Identificar e analisar os aspectos básicos das Ondas de Leste presentes nas
análises e nas previsões operacionais dos centros CPTEC e NCEP, para o
período de março a setembro de 2007 sobre o Atlântico Equatorial.
(b) Determinar a estrutura tridimensional dos aspectos dinâmicos e
termodinâmicos médios desses distúrbios, através da composição de diversos
distúrbios.
29
(c) Determinar as fontes de energia desses distúrbios e sua evolução com o
aumento no tempo de previsão.
A metodologia utilizada neste trabalho está descrita no capítulo 2. O
capítulo 3 apresenta os resultados das composições verticais dos conjuntos de OL’s. No
capítulo 4 estão mostrados os resultados da análise energética e no capitulo 5 as conclusões
gerais.
30
2 METODOLOGIA
A escassez de informações aerológicas sobre os grandes oceanos na região
equatorial é um dos fatores que dificultam o melhor entendimento das OL’s, como foi
apontado por Asnani (1993). Apesar desta dificuldade, as análises meteorológicas globais em
pontos de grade, produzidas pelos centros meteorológicos de previsão e baseadas em dados
convencionais e sensoriamento remoto, constituem uma rica fonte de informações sobre os
transientes sinóticos, como as ondas de leste.
Nesse trabalho são investigadas as propriedades das OL’s nas previsões
operacionais de dois modelos globais. A estrutura das OL’s observadas nas análises
operacionais, que constituem a condição inicial das previsões, será definida como a “verdade”
esperada para as previsões.
2.1 Conjuntos de Previsões e Análises
O conjunto de previsões é formado apenas por previsões que partem dos
dados das 00 UTC, com resolução temporal de 03 e 12 horas (NCEP e CPTEC,
respectivamente), e o conjunto das análises possuem resolução temporal de 06 horas, em
ambos os modelos. Os dados de previsões estão subdivididos por prazo de previsão, do
primeiro até o quarto dia (24 a 96 horas), resultado em quatro grupos distintos:
1) Primeiro dia de previsão – Formado pela junção entre análise e as primeiras
24 horas de previsão. Neste conjunto o instante inicial e todos os horários
das 00 UTC são formados por análises das 00 UTC, e os instantes
intermediários, definidos pela resolução temporal de cada modelo, são
31
formados pelas previsões nos intervalos disponíveis (03, 06, 09, 12, 15, 18 e
21 UTC para o modelo do NCEP e 12 UTC para o modelo do CPTEC);
2) Segundo dia de previsão – Formado por previsões entre 24 e 48 horas de
integração (00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 e 21 UTC para o modelo do NCEP e
00 e 12 UTC para o modelo do CPTEC);
3) Terceiro dia de previsão – Assim como em (2), porém para o período de 48
e 72 horas de integração;
4) Quarto dia de previsão – Assim como em (3), porém para o período entre 72
e 96 horas de integração.
Os conjuntos das análises de validação das previsões são formados pelas
análises operacionais de cada modelo. Supõe-se que as análises constituam a melhor
representação da realidade. As análises utilizadas pelo modelo do CPTEC são, na realidade,
as análises do modelo GFS (NCEP), válidas para o mesmo instante de tempo e interpoladas
para a grade do CPTEC. As análises são disponibilizadas a cada 06 horas (00, 06, 12 e 18
UTC). A nomenclatura utilizada para cada conjunto de está mostrado na Tabela 1.
Tabela 1. Nomenclatura dos conjuntos de análises e previsões para os modelos do CPTEC e
NCEP.
1° Dia 2° Dia 3° Dia 4° Dia
Modelo Análise de Previsão de Previsão de Previsão de Previsão
CPTEC CPTEC
Ana
CPTEC
1Dia
CPTEC
2Dia
CPTEC
3Dia
CPTEC
4Dia
NCEP GFS
Ana
GFS
1Dia
GFS
2Dia
GFS
3Dia
GFS
4Dia
Primeiramente, as OL’s presentes em cada conjunto definido na Tabela 1
são identificadas em diagramas de Hovmöller do desvio médio zonal da componente
meridional do vento sobre a latitude de referência, definida aqui como sendo 0º (equador).
São identificadas as características básicas das OL’s, como velocidade de fase, período e
32
comprimento de onda. Em seguida aplica-se um método de composição para determinar os
aspectos médios da estrutura vertical das OL’s em cada conjunto, seguido pela análise do
ciclo de energia. Os modelos globais utilizados no trabalho são:
a) Previsões operacionais das 00UTC do modelo T126 do Centro de
Previsão de Tempo e Clima (CPTEC/INPE –
www.cptec.inpe.br), com resolução temporal de 12
horas e horizontal de 1x1 grau, juntamente com suas
análises operacionais, disponibilizadas a cada 6 horas;
b) Previsões operacionais do modelo GFS do National Centers for
Enviromental Prediction, (NCEP/NOAA –
www.ncep.noaa.gov), com resolução temporal de 3
horas e horizontal de 1x1 grau, juntamente com suas
análises operacionais disponibilizadas a cada 6 horas.
As variáveis meteorológicas em pontos de grade utilizadas são:
• Temperatura (T) em K;
• Umidade relativa (UR) em %;
• Vento meridional (v) em m s
-1
;
• Vento zonal (u) em m s
-1
;
• Vento vertical em coordenada de pressão (ω) em Pa s
-1
.
A resolução vertical é diferente entre os modelos utilizados. O modelo GFS
é analisado em 21 níveis verticais, enquanto o modelo T126 do CPTEC em apenas 7 níveis.
Os níveis de cada modelo são:
33
• GFS(hPa) – 1000, 975, 950, 900, 850, 800, 750, 700, 650, 600, 550,
500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, 150 e 100;
• CPTEC (hPa) – 1000, 925, 850, 700, 500, 300 e 200.
O período de análise é de sete meses e vai de 01-03-2008 até 30-09-2008,
dentro o período de maior atividade das OL’s na região do Atlântico equatorial (Grist 2002,
Silvestre, 1996).
2.2 Diagramas de Hovmöller e Critério de Identificação das Ondas de Leste
Diagramas de Hovmöller são seções bi-dimensionais do tempo versus
longitude, com o tempo no eixo das ordenadas e a longitude no eixo das abscissas. As OL’s
são identificadas nos diagramas de Hovmöller do desvio zonal da componente meridional do
vento, sobre a latitude de referência (equador) no nível de 700 hPa. A média zonal é subtraída
da estimativa do vento meridional em cada ponto de grade para extrair uma possível
contribuição do fluxo médio na região de interesse, definida entre as longitudes de 70W e 0º.
As OL’s são identificadas nos diagramas de Hovmöller sobre a latitude de referência no
instante em que o eixo do cavado está localizado entre 30W e 25W, e são selecionadas
aquelas que possuem estrutura longitudinal e vertical bem definidas, com as regiões
características (cristas, cavado, regiões de máximo vento de sul e de norte) bem configuradas,
como descrito em na seção 2.3.
As características básicas das OL’s são estimadas através da análise desses
diagramas. A velocidade de propagação (c) é a inclinação do eixo do cavado para oeste com o
tempo. O comprimento de onda (L) é a distancia em graus entre a crista a oeste do cavado e a
crista a leste do cavado, e o período (τ) é obtido pela relação L=cτ.
34
2.3 Técnica de Composição
A técnica de composição é baseada na metodologia proposta por Williams
(1970) que determinou as características básicas do ambiente associado aos aglomerados de
nuvens presentes no Oceano Pacífico tropical oeste. Desde então, diversos autores utilizam a
técnica de composição em diferentes tipos de sistemas sinóticos (e.g. Reed e Recker, 1971;
Thompson et. al., 1979; Tai e Ogura, 1987; Diedhiou et al. 1999). A técnica de composição de
ondas é implementada da seguinte maneira:
1) Para cada conjunto de previsão ou análise são selecionadas as OL’s
identificadas no instante em que o eixo do cavado localiza-se entre 30W
e 25W;
2) Dividem-se cada OL em oito categorias ou fases, delimitadas por nove
pontos de grade numa determinada latitude, cinco pontos característicos
e quatro pontos intermediários, definidos com relação ao sinal da
componente meridional do vento. Os pontos característicos referem-se à
crista a oeste, ponto de máxima componente de sul, eixo do cavado,
ponto de máxima componente de norte e crista a leste do eixo do cavado
(C
W
, S, T, N e C
L
, respectivamente), e os quatro pontos restantes são os
pontos intermediários (I
1
, I
2
, I
3
e I
4
). As OL’s que não apresentam os
pontos característicos bem definidos em sua estrutura horizontal e
vertical são descartadas;
3) Para cada um dos nove pontos característicos das OL’s são selecionados
os dados (temperatura, umidade relativa e componentes horizontal e
vertical do vento) em mais cinco pontos de grade ao sul e ao norte da
latitude de referência, resultando em uma grade horizontal com 99
pontos (11 latitudes e 9 pontos de grade no sentido zonal);
35
4) Para cada um dos 99 pontos, que definem a estrutura da OL num
determinado instante, são tomados os dados em todos os níveis verticais
e, portanto, obtém-se a estrutura vertical da OL, constituído pelas
variáveis meteorológicas u, v, T, UR e ω.
5) Após a identificação de todas as OL’s nos sete meses de estudo, em
cada grupo (análise, primeiro, segundo, terceiro e quarto dia de
previsão), a média de cada grupo é calculada, resultando então em um
conjunto de dados que representa a estrutura tridimensional média das
OL’s, ou seja, a OL composta.
2.4 Análise Energética
A metodologia utilizada para investigar as propriedades do ciclo de energia foi
inicialmente proposta por Lorenz (1955). O autor foi o primeiro a dividir os termos de energia
potencial e cinética em suas respectivas médias zonais e perturbações (desvios com relação à
média zonal). Muench (1965) desenvolveu o conjunto de equações em coordenadas esféricas
em níveis de pressão para um sistema atmosférico parcialmente fechado, estimando os fluxos
de energia entre as fronteiras superior e inferior. As equações de energia para a análise
energética utilizada neste trabalho é apresentada em Norquist et al. (1977). Em adição, aqui é
incluído o termo de geração de energia potencial da perturbação por processos diabáticos.
As Equações (1) e (2) governam os termos de energia cinética turbulenta (K
E
) e
energia potencial turbulenta (A
E
), respectivamente (também denominadas de energia
potencial turbulenta e energia cinética turbulenta).
EEEEK
E
BBKDCC
t
K
Φ++−+=
∂
∂
(1)
36
e
EEEEA
E
BBAGCC
t
A
Φ+++−=
∂
∂
(2)
( )
∫
+=
Ps
E
dpvu
g
K
100
22
''
2
1
(3)
( )
∫
=
Ps
E
dpTA
100
2
'
2
1
σ
(4)
( )
∫
−=
Ps
E
dpT
pg
R
C
100
)''(
ω
(5)
[ ]
[ ]
++
∂
∂
+
∂
∂
=
∫∫∫
PsPsPs
K
dpvu
ag
dp
a
v
v
g
dp
u
a
vu
g
C
100
2
100
2
100
.'
tan1
.'
1
.
cos
''.cos
1
φ
φφ
φ
[
]
[
]
∫∫
∂
∂
+
∂
∂
+
PsPs
dp
p
v
v
g
dp
p
u
u
g
100100
.''
1
.''
1
ωω
(6)
[ ] [ ] [ ] [ ]
∫∫
∂
∂
−
∂
∂
−=
PsPs
A
dp
p
TT
dp
y
TTv
C
100
*
100
*
''''
σ
ω
σ
(7)
∂
∂
−=
p
T
R
p
c
T
g
P
][
σ
(8)
[ ]
∫
−=
Ps
P
E
dpQ
c
G
100
.''.
11
θ
σ
(9)
P
c
R
P
P
T
=
0
θ
(10)
37
onde P
S
é a pressão na superfície e θ é a temperatura potencial. O termo
σ
representa a
estabilidade estática média para cada nível. O termo de aquecimento diabático Q é obtido
como resíduo da equação da termodinâmica, dado por:
αω
−=
dt
dT
CpQ
(11)
Os termos médios e seus respectivos desvios são definidos por:
( )[ ] ( )
∫
−
=
E
w
WE
d
λ
λ
λ
λλ
....
1
...
(12)
( ) ( )[ ]
φφ
φφ
φ
φ
d
n
s
SN
.cos....
sinsin
1
...
∫
−
=
(13)
[(...)](...)(...)'
−
=
(14)
)...([(...)](...)* −=
(15)
onde a notação
)] [(
representa a média zonal (Equação 12) e
) (
representa a média na área
(Equação 13). Os desvios com relação à média zonal (Equação 14) e média na área (Equação
15) são representados pelos termos ( )’ e ( )*, respectivamente. O termo K
E
representa a
energia cinética média da perturbação (Equação 1) e A
E
é a energia potencial zonal da
perturbação (Equação 2). O termo de conversão barotrópica, C
K
, representa a soma de quatro
processos de instabilidade barotrópica (Equação 6), convertendo energia cinética média zonal
(K
Z
) em energia cinética média da perturbação (K
E
). O termo C
E
(Equação 5) representa a
conversão entre A
E
e K
E
pelo levantamento de ar quente e subsidência de ar frio.
38
C
A
(Equação 2) representa a conversão de energia potencial disponível
zonal (A
Z
) para energia potencial da perturbação (A
E
) devido ao transporte meridional de
calor numa região com gradiente norte-sul de temperatura. O termo G
E
denota a geração de
energia potencial da perturbação por aquecimento diabático. Como discutido em Michaelids
(1992), valores positivos de G
E
(geração de Ae) são o resultado do aquecimento de regiões
onde já está quente e resfriamento de regiões onde já está frio, em uma mesma latitude,
intensificando as anomalias no campo de temperatura. Valores negativos de G
E
(destruição de
Ae) estão associados ao aquecimento de regiões frias e resfriamento de regiões mais quentes,
diminuindo os gradientes zonais de temperatura. O cálculo dos termos de fluxo pelas
fronteiras, Bk
E
e BA
E
e os termos BΦ
E
e D
E
não são levados em conta, uma vez que o
objetivo é analisar apenas as trocas de energia entre A
E
, K
E
e K
Z
.
O conjunto de equações acima descrito é aplicado ao domínio que
caracteriza cada OL identificada no período. O volume atmosférico onde as equações são
calculadas possui 11º na direção meridional, centrado na latitude de referência (0º). Os limites
na direção zonal são definidos pelo comprimento de cada onda, e a extensão vertical são todos
os níveis de cada modelo.
Em adição, o domínio do cálculo dos termos de energia é dividido em duas
sub-regiões: i) Sub-região Leste, compreendida entre o eixo do cavado e a crista a leste; ii)
Sub-região Oeste, compreendida entre a crista a oeste e o eixo do cavado. Dessa forma é
possível investigar as diferenças entre a dianteira e a retaguarda das OL’s. São ainda extraídos
os integrandos dos termos de energia descritos nas Equações (3), (5), (6) e (7), obtendo-se
assim os perfis verticais de cada termo de energia, definidos como:
g
vu
Ke
v
2
''
22
+
= (16)
39
(
)
''T
pg
R
Ce
v
ω
−=
(17)
[ ]
[ ]
[ ] [ ]
∂
∂
+
∂
∂
++
∂
∂
+
∂
∂
=
p
v
v
gp
u
u
g
vu
aga
v
v
g
u
a
vu
g
Ck
v
''
1
''
1
'
tan1
'
1
cos
''.cos
1
22
ωω
φ
φφ
φ
(18)
[ ] [ ] [ ] [ ]
p
TT
y
TTv
Ca
v
∂
∂
−
∂
∂
−=
**
''''
σ
ω
σ
(19)
[
]
P
v
c
Q
Ge
σ
θ
''.
−=
(20)
Onde os termos Ke
v
, Ce
v
, Ck
v
, Ca
v
e Ge
v
denotam os perfis verticais dos
termos K
E
, C
E
, C
K
, C
A
e G
E
, respectivamente.
40
3 ONDAS COMPOSTAS
A identificação das OL’s através dos diagramas de Hovmöller da
componente meridional do vento resulta em grupos de ondas para cada um dos conjuntos de
previsões e análises. No período de estudo são encontradas 19 OL’s nas análises do CPTEC.
Esse número diminui no conjunto de previsões, chegando a 10 ondas identificadas no
conjunto do terceiro dia de previsão, como mostra a Tabela 3.1. Portanto, as OL’s presentes
no início da integração do modelo do CPTEC, em geral, perdem a caracterização ao longo da
integração. No entanto, é observado que a diminuição no número de ondas identificadas não
implica no desaparecimento completo da perturbação. O que ocorre é a modificação na
estrutura da perturbação, ou seja, o distúrbio deixa de apresentar os aspectos característicos
descritos no Capitulo II.
Tabela 3.1: Parâmetros médios das Ondas de Leste encontradas no conjunto de análises e previsões do
modelo T126 – CPTEC, para os meses de março a setembro de 2007.
CPTEC Nº Ondas
Comprimento Médio Velocidade Média
Período Médio
(km) (m/s) (dias)
CPTEC
Ana
19 5023 8,1 7,2
CPTEC
1Dia
15
4715
10,2
5,3
CPTEC
2Dia
18 5126 8,9 6,7
CPTEC
3Dia
10 5328 14,1 4,4
CPTEC
4Dia
15
4831
9,6
5,8
Simultaneamente com a diminuição do número de ondas nos conjuntos de
previsão, ocorre o aumento da velocidade média de propagação e diminuição do período.
Portanto, a descaracterização das OL’s com o aumento do tempo de previsão ocorre
preferencialmente nos distúrbios com menor velocidade e maior período. O comprimento de
onda médio não apresenta este comportamento sistemático, diminuindo nos conjuntos
CPTEC
1Dia
, CPTEC
2Dia
e CPTEC
4Dia
e aumentando em CPTEC
3Dia
.
41
Tabela 3.2: Parâmetros médios das Ondas de Leste encontradas no conjunto de análises e previsões
do modelo GFS – NCEP, para os meses de março a setembro de 2007.
GFS Número de Comprimento Médio Velocidade Média Período Médio
Ondas (km) (m/s) (dias)
GFS
Ana
24 5148 9,0 6,6
GFS
1Dia
23 5064 9,0 6,5
GFS
2Dia
20 5050 10,7 5,5
GFS
3Dia
23 5268 10,0 6,1
GFS
4Dia
17 5484 11,0 5,8
O conjunto composto pelas análises e previsões do modelo GFS apresenta
comprimento de onda entre 5000 – 5500 km, aproximadamente, como mostra a Tabela 3.2.
No conjunto GFS
Ana
são identificadas 24 OL’s e apenas 17 OL’s no conjunto GFS
4Dia
. O
aumento na velocidade de propagação com a diminuição no número de ondas identificadas
também é observado no modelo do NCEP. A velocidade de propagação média (período) é de
9 ms
-1
(6,6 dias) na análise, aumentando (diminuindo) para 11 ms
-1
(5,8 dias) em GFS
4Dia
.
A princípio, espera-se que o número de ondas identificadas nos conjuntos GFS
Ana
e
CPTEC
Ana
sejam idênticos, uma vez que as análises do CPTEC são construídas por
interpolação a partir das análises do NCEP. A diferença na resolução horizontal
disponibilizada entre os modelos é mínima, portanto, a diminuição no número de OL’s
identificadas nas análises do CPTEC é devido à baixa resolução vertical disponibilizada nas
análises do CPTEC, uma vez que a estrutura vertical é levada em conta no processo de
identificação (Capitulo II).
3.1 Composições Verticais
As variáveis utilizadas na composição são os desvios com relação à média
zonal da temperatura, umidade relativa, velocidade vertical em níveis de pressão e
42
componente meridional e zonal do vento, representados por T’, UR’, ω’, v’ e u’,
respectivamente. O processo de composição é realizado em cada ponto de grade disponível
nas análises e previsões, como descrito no Capitulo II. Entretanto, por simplicidade, nesta
seção são apresentadas somente as composições verticais nas latitudes 5S, 2S, 0°, 2N e 5 N.
3.1.1 Modelo CPTEC – Análise
A Figura 3.1 apresenta a onda composta de v’ para o conjunto de ondas
encontradas nas análises do modelo do CPTEC (conjunto CPTEC
Ana
) durante o período de
estudo. As categorias C
W
, S, T, N e C
L
, dispostas no eixo das abscissas são, respectivamente,
as regiões da crista a oeste do cavado, ponto de máximo vento de sul, eixo do cavado, ponto
de máximo vento de norte e crista a leste do cavado, e os pontos intermediários são as
categorias I
1
, I
2
, I
3
e I
4
. A definição das categorias com relação às fases da onda deve levar em
conta o Hemisfério em questão (Hemisfério Sul é adotado como referência neste trabalho).
Portanto, nas latitudes 2N e 5N ocorre a inversão das categorias, ou seja, a categoria T passa a
representar o eixo da crista e os pontos CW e CL passam a representar eixos de cavados
consecutivos.
Os principais aspectos revelados na composição de v’ (Figura 3.1) são as
regiões típicas de máximo e mínimo encontrados na baixa troposfera em 700 hPa, sobre as
categorias N e S, chegando a 4 ms
-1
e -5 ms
-1
, respectivamente. Comparando as Figuras 3.1 a,
b, c, d e e, encontra-se que v’ manteve-se positivo em toda a extensão vertical da onda
composta, junto à região de máxima componente de sul (categoria S). Na região de máxima
componente de norte (categoria N) v’ inverte de sinal aproximadamente abaixo de 850 hPa e
mantém-se positivo até a superfície.
43
Entre 1000 hPa e 850 hPa é observado um padrão de anomalias inverso ao
observado em 700 hPa, com máxima anomalia positiva entre as categorias N e C
L
(3 ms
-1
) e
negativa entre C
W
e S. A região de transição entre as anomalias características em 700 hPa e
as anomalias na superfície ocorre em aproximadamente 850 hPa. O eixo do cavado da
anomalia em 700 hPa tem início em 850 hPa e apresenta inclinação para oeste com a altura
até aproximadamente 500 hPa, onde inclina-se para leste com a altura.
A componente zonal do vento (Figura 3.2), ao contrário da componente
meridional, apresenta flutuações pequenas entre 850 – 500 hPa sobre a latitude de 0°. Nas
latitudes 5N, 2N e 0° (Figura 3.2a, b e c) u’ apresenta duas regiões de máximo e mínimo em
aproximadamente 700 hPa, semelhante ao padrão de v’, indicando convergência na direção
zonal entre as categorias I
2
e N em aproximadamente 800 hPa e 500 hPa. Com o decréscimo
da latitude esse padrão desaparece e configuram-se regiões alternadas de u’ positivo e
negativo, inclinadas para oeste com a altura.
A Figura 3.3 apresenta os perfis verticais da composição de ω’. Ao norte do
equador o movimento vertical apresenta-se predominantemente com valores negativos de ω’
(movimento ascendente) na parte leste da onda. Uma segunda região de movimento
ascendente ocorre na categoria S, com intensidade máxima em aproximadamente 850 hPa,
onde ω’ é inferior à -0,04 Pa s
-1
. Nas latitudes de 0°, 2S e 5S (Figuras 3.3 c, d e e) o
movimento ascendente passa a ser predominante na parte oeste da onda, sobretudo entre as
categorias S e I
2
.
A composição das anomalias de temperatura (Figura 3.4) mostra a formação
de um núcleo quente em 700 hPa sobre o cavado (categoria T), estendendo-se desde 5N até
2S e perdendo intensidade a medida que se afasta do equador para norte e para sul. Abaixo de
800 hPa o padrão dominante é de T’ negativo na parte leste da categoria S e positivo na parte
44
oeste, com inclinação para oeste com a altura. Acima de 500 hPa as anomalias de T’ são
predominantemente negativas entre 0º e 5N (Figura 3.4a, b e c), e positivas no extremo oeste
da onda composta (Figura 3.4b, c, d, e e).
A composição de UR’, mostrada na Figura 3.5, apresenta valores
predominantemente negativos, sobretudo em 700 hPa próximo à categoria T. Abaixo de 850
hPa, com exceção da latitude 5S (Figura 3.5e), as perturbações no campo de UR’ são
pequenas, com máximo de 4% sobre a categoria S em aproximadamente 900 hPa.
3.1.2 Modelo CPTEC – Conjunto de Previsões
As composições verticais das OL’s encontradas em cada um dos quatro
conjuntos de previsões do modelo do CPTEC, descritas na Tabela 3.1, são mostradas nas
Figuras 3.1 até 3.25. Nos tópicos seguintes são discutidos os aspectos relevantes desse
conjunto de composições em comparação aos resultados encontrados no conjunto de ondas
das análises.
3.1.2.1 Componente Meridional (v’)
O padrão típico de circulação meridional encontrado nas OL’s com oito
fases ou nove pontos característicos, definidos no nível de maior intensidade da oscilação
meridional, fica bem representado em todos os dias de previsão (Figuras 3.6, 3.11, 3.16 e
3.21). No primeiro dia de previsão (Figura 3.6) são identificadas 15 OL’s para o procedimento
de composição, e o padrão de circulação encontrado é o mesmo apresentado pelo conjunto das
análises. A região de máximos e mínimos centrados em 700 hPa estende-se de 850 hPa até
aproximadamente 500 hPa. A parte leste da onda composta, na região de máximo vento de
45
norte (valores negativos de v’), apresenta-se bem desenvolvida em todas as latitudes, desde
5N até 5S. O mesmo não ocorre com a região de máximo vento de sul (valores positivos de
v’), onde v’ perde intensidade ao se afastar do equador.
O padrão de inversão na circulação abaixo de 850 hPa é encontrado em
todos os dias de previsão e manteve-se presente em todas as latitudes estudadas, de 5N até 5S.
O mesmo ocorre com a diminuição da região de máxima anomalia positiva à medida que se
afasta de 0º. Outro aspecto persistente em todos os grupos de previsão é o confinamento da
região de maior intensidade de v’ entre os níveis de 850 hPa e aproximadamente 500 hPa,
sobretudo para a parte leste (máximo vento de norte) da onda composta, uma vez que na parte
oeste a região de máximo vento de sul perde intensidade ao se afastar de 0º.
O conjunto CPTEC
3Dia
, com apenas 10 ondas identificadas, apresenta
aspectos distintos na composição de v’ com relação aos outros dias de previsão. Associado a
esse conjunto é encontrado o maior comprimento de onda, com aproximadamente 5300 km,
maior velocidade de fase (14,1 m s
-1
) e menor período (4,4 dias), como mostra a Tabela 3.1. A
composição de v’ (Figura 3.16) mostra que a circulação abaixo de 850 hPa ainda apresenta
inversão no sinal das anomalias, mas diferente dos outros conjuntos de previsão, o cavado
abaixo de 850 hPa fica próximo ao cavado da OL em 700 hPa, principalmente nas latitudes
0º, 2S e 5S. O conjunto CPTEC
3Dia
apresenta os maiores valores de v’ em 700 hPa, com
máximo de 4 ms
-1
e mínimo de -5 ms
-1
. Neste conjunto a região de máximo vento de sul
estendeu-se para níveis superiores a 500 hPa, chegando a 350 hPa em 5N (Figura 3.16a).
46
3.1.2.2 Componente Zonal (u’)
Os padrões de circulação encontrados na composição de u’ para os quatro
conjuntos de previsão apresentam grandes semelhanças com os resultados encontrados na
composição das análises (Figura 3.2). Nas latitudes ao sul de 0° a composição vertical de u’
apresentou bandas de valores positivos e negativos, inclinadas para oeste com a altura,
estendendo-se da superfície até o último nível analisado (200 hPa).
Em aproximadamente 700 hPa as composições de u’ nos conjuntos
CPTEC
Ana
, CPTEC
1Dia
, CPTEC
2Dia
e CPTEC
4Dia
(Figuras 3.2, 3.7, 3.12 e 3.22) mostram, além
de regiões com sinais opostos inclinadas para oeste com a altura, duas regiões de anomalias
positivas e negativas, semelhantes às anomalias de ventos de sul e de norte encontrados na
composição de v’ em 700 hPa, como observado por Reed et.al., (1977) para ondas africanas
no Atlântico oriental e oeste da África.
Assim como observado na composição da componente meridional, o
conjunto do terceiro dia de previsão apresenta características distintas dos demais conjuntos.
As anomalias negativas e positivas de u’ observadas nos outros conjuntos em 700 hPa (0º, 2N
e 5N) são encontradas com maior intensidade em aproximadamente 500 hPa e ficam
confinadas ao norte de 0º (Figura 3.17a e b).
3.1.2.3 Componente Vertical (ω’)
A composição das anomalias do movimento vertical apresenta em todos os
conjuntos de previsão e análises um padrão distinto entre a parte ao norte e ao sul do equador.
Nas latitudes ao norte de 0º, como observado por Reed et al., (1977), a região de máxima
atividade convectiva ocorre na parte oeste do eixo do cavado, representado aqui entre as
47
categorias T e C
L
, devido à troca de hemisfério. Nessa região o movimento vertical
ascendente (ω’ < 0) apresenta maior atividade sobre a categoria N em aproximadamente 850
hPa, estendendo-se até 200 hPa (último nível analisado). Entre as categorias C
W
e T (a leste
do eixo do cavado no Hemisfério Norte), há predominância de movimento subsidente, com
apenas algumas regiões de movimento ascendente localizadas sobre as categorias S e C
W
nos
conjuntos CPTEC
Ana
, CPTEC
1Dia
, CPTEC
3Dia
e CPTEC
4Dia
.
Com a diminuição da latitude as anomalias negativas de ω’ perdem
intensidade na parte leste e tornam-se predominantes na parte oeste da onda composta
(latitudes 2S e 5S), entre as categorias C
W
e T. O máximo de intensidade de movimento
ascendente ocorre sobre a categoria S, entre 800-900 hPa, em todos os conjuntos de previsões
e análises. Sobre a categoria C
W
em 5S é observado um máximo secundário de movimento
convectivo, e na parte leste da onda composta no hemisfério sul há predominância de
movimento subsidente, com máximos dispostos sobre as categorias T e S.
O conjunto do terceiro dia de previsão (com o menor número de ondas
observadas, maior velocidade de fase, menor período e maior comprimento de onda)
apresenta padrões distintos dos outros conjuntos na composição de ω’, como observado nas
composições de u’ e v’. O principal aspecto que difere deste conjunto para os demais é a
região de movimento ascendente presente sobre as categorias T e N (0º, 2S e 5S), onde nos
outros conjuntos de previsão é observado movimento subsidente.
3.1.2.4 Anomalias de Temperatura (T’)
Os resultados encontrados nas composições de T’ em todos os conjuntos de
previsões são semelhantes aos das análises (Figuras 3.9, 3.14, 3.19 e 3.24). Em baixos níveis
(1000-900 hPa) os valores de T’ em 5N são positivos na maior parte das categorias da onda
48
composta. Com o decréscimo da latitude, a região de valores positivos na parte leste perde
intensidade e passa a apresentar valores negativos, e na parte oeste os valores positivos de T’
se intensificam, resultando em duas regiões de valores positivos e negativos (Figuras 3.4e,
3.9e, 3.14e, 3.19e e 3.24e), semelhante ao padrão apresentado pela composição de v’ entre
1000 e 850 hPa.
Em níveis médios, próximo a 700 hPa, as anomalias de temperatura
apresentam valores predominantemente negativos em 5N, com valores positivos confinados
em pequenas regiões em 700 hPa, sobre o cavado. Com o decréscimo da latitude as anomalias
negativas se expandem, formando faixas alternadas de T’ positivo e negativo, inclinadas para
oeste com a altura, assim como observado na composição de u’. As anomalias de temperatura
apresentam, em geral, pequena intensidade, atingindo extremos de até 1,5ºC em baixos níveis.
3.1.2.5 Umidade Relativa (UR’)
As composições das anomalias de umidade relativa, UR’, para os grupos de
previsão estão mostradas nas Figuras 3.10, 3.15, 3.20 e 3.25. Sobre a latitude de 5N a
composição de UR’ mostra anomalias predominantemente negativas na parte oeste e positivas
na parte leste da onda composta. Com a diminuição da latitude observa-se a intensificação das
anomalias negativas sobre a categoria T, em 700 hPa, com mínimo negativo em 5S, onde
atinge maior extensão horizontal e vertical.
49
3.1.3 Modelo GFS/NCEP – Análises e Previsões
O método de composição de ondas apresentado nas seções anteriores para o
conjunto do CPTEC é aplicado no conjunto de ondas identificadas nas análises do NCEP, e os
resultados estão mostrados a seguir.
3.1.3.1 Componente Meridional (v’)
Os principais aspectos observados na composição de v’ nos conjuntos do
modelo do CPTEC são encontrados nas composições feitas com os conjuntos do modelo GFS
(NCEP/NCAR), como mostram as Figuras 3.26, 3.31, 3.36, 3.41 e 3.46.
A composição de v’ apresenta pouca diferença entre os grupos de previsões
e análises (Figuras 3.26, 3.31, 3.36, 3.41, 3.46), sobretudo no padrão de anomalias entre 1000
hPa e 500 hPa. Nestes níveis os padrões predominantes são as regiões bem definidas de
anomalias positivas e negativas em 700 hPa, sobre as categorias S e N, respectivamente. As
anomalias negativas em 700 hPa são ligeiramente mais intensas às anomalias positivas,
atingindo -5 m s
-1
. Abaixo de 850 hPa, assim como observado nos conjuntos do CPTEC, as
composições de v’ apresentam padrão inverso às anomalias em 700 hPa. Este padrão estende-
se em todas as latitudes analisadas. Portanto, a estrutura típica de v’ em 700 hPa fica
confinada entre aproximadamente 850 hPa e 500 hPa. A inclinação do eixo do cavado com a
altura varia entre as latitudes e entre os conjuntos de previsão, apresentando, em geral,
inclinação para oeste ao norte de 0º e inclinação para leste ao sul de 0º.
50
3.1.3.2 Componente Zonal (u’)
As composições das anomalias de u’ nos conjuntos de previsões e análises
do modelo GFS estão apresentadas nas Figuras 3.27, 3.32, 3.37, 3.42 e 3.47. Em geral, os
padrões observados nas análises estão bem representados nos conjuntos de previsão.
As ondas compostas em 5N mostram anomalias no campo de u’
semelhantes às encontradas na composição de v’, com padrões inversos entre superfície e 700
hPa. Nesta latitude, abaixo de 800 hPa, encontra-se anomalias positivas de u’ na parte leste da
onda composta e anomalias negativas na parte oeste. Em aproximadamente 800 hPa o sinal
das anomalias se inverte, formando regiões de anomalias positivas e negativas em 700 hPa
sobre as categorias S e N, semelhantes às anomalias de v’ em 700 hPa. Com o decréscimo da
latitude, a região de anomalia negativa em 700 hPa desaparece, configurando nas latitudes ao
sul de 0º bandas de anomalias positivas e negativas de u’, inclinadas para oeste com a altura,
como observado no modelo do CPTEC.
3.1.3.3 Componente Meridional (ω’)
O padrão observado nas composições das anomalias do movimento vertical
nos conjuntos do CPTEC é reproduzido apenas nos conjuntos GFS
Ana
e GFS
1Dia
, onde ao
norte do equador predominam anomalias negativas de ω’ entre as categorias T e C
L
e
anomalias positivas entre C
W
e T, e ao sul do equador esse padrão se inverte, com anomalias
negativas a oeste e positivas a leste.
Nos conjuntos GFS
2Dia
, GFS
3Dia
e GFS
4Dia
as composições de ω’ em 5N e
2N apresentam anomalias negativas na parte oeste da OL composta, onde nos outros
conjuntos são encontradas anomalias positivas. Ao sul de 0º as anomalias são
51
predominantemente negativas na parte oeste da OL composta, assim como encontrado em
GFS
Ana
, GFS
1Dia
e nos conjuntos do CPTEC.
3.1.3.4 Temperatura (T’)
As composições das anomalias de temperatura mostradas nas Figuras 3.29,
3.34, 3.39, 3.44 e 3.49, apresentam aspectos espaciais semelhantes aos encontrados na
composição de u’. Na latitude de 0º, em todos os conjuntos de previsões e análises, T’
apresenta abaixo de 750 hPa regiões positivas e negativas sobre a parte oeste e leste da onda
composta, respectivamente, com inversão de sinal entre as categorias S e I
2
. Esse padrão
desaparece nas latitudes 2N e 5N, onde as anomalias negativas de T’ predominam, e se
intensifica nas latitudes 2S e 5S, atingindo anomalias superiores a 1,5 e -1,5 ºC. No nível de
700 hPa, onde são encontrados as maiores anomalias de v’, as anomalias de T’ não
ultrapassam 0,5ºC. Com o decréscimo da latitude, as anomalias de T’ assumem configurações
semelhantes às encontradas na composição de u’, com faixas alternadas de anomalias
positivas e negativas inclinadas para oeste com a altura. As composições das anomalias de
temperatura apresentam pouca variação entre os conjuntos de previsão e análise, sobretudo
nos níveis abaixo de 500 hPa.
3.1.3.5 Umidade Relativa (UR’)
Os valores máximos de anomalias de umidade relativa são encontrados nas
proximidades da categoria T e N, entre 700 hPa e 500 hPa nas latitudes 0º, 2S e 5S, com
valores superiores a 15%. Nas latitudes ao norte de 0º as anomalias de UR’ são menores, com
52
predominância de valores negativos na parte oeste e positivos na parte leste da onda
composta, com exceção do quarto dia de previsão (Figura 3.50).
A composição de UR’ em 5S, em todos os conjuntos de previsões e análises
(Figuras 3.30e, 3.35e, 3.40e, 3.45e e 3.50e), apresenta anomalias positivas e negativas em
forma de bandas inclinadas para oeste com a altura, como observado nas composições de T’ e
u’.
53
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.1: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Os valores correspondem aos
desvios em relação à média zonal de cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d)
e 5S (e). O contorno em preto indica a linha de valor 0.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.2: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1.
54
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.3: Composição vertical da anomalia da componente meridional do vento (Pa s
-1
), W’, para o
conjunto das análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.4: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto das análises do
modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1.
55
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.5: Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto das
análises do modelo global T126 (CPTEC). Explanações adicionais na Figura 3.1.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.6: Composição vertical da componente meridional do vento (m.s
-1
) para o conjunto
CPTEC
1Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível,
para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica o
valor 0.
56
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.7: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
) para o
conjunto CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.8: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
) para o
conjunto CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6.
57
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.9: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.10: Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
CPTEC
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.6.
58
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.11: Composição vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) para o conjunto
CPTEC
2Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível,
para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica o
valor 0.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.12: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para
o conjunto CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11.
59
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.13: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’,
para o conjunto CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.14: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto
CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11.
60
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.15: Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
CPTEC
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.11.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.16: Composição vertical da componente meridional do vento (m.s
-1
) para o conjunto
do CPTEC
3Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível,
para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica o
valor 0.
61
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.17: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para
o conjunto CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.18: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’,
para o conjunto CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16.
62
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.19: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto do
CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.20: Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
do CPTEC
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.16.
63
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.21: Composição vertical da componente meridional do vento (m.s
-1
) para o conjunto
do CPTEC
4Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de cada nível,
para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica o
valor 0.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.22: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para
o conjunto do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21.
64
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.23: Composição vertical da anomalia da componente meridional do vento (Pa s
-1
),
U’, para o conjunto do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.24: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto do
CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21.
65
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.25: Composição vertical da anomalia da umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
do CPTEC
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.21.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.26: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto GFS
Ana
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica
o valor 0.
66
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.27: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.28: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’, para o
conjunto GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.
67
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.29: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto das análises do
modelo global GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.30: Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto das
análises GFS
Ana
. Explanações adicionais na Figura 3.26.
68
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.31: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto GFS
1Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica
o valor 0.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.32: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.
69
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.33: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’, para o
conjunto GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.34: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto GFS
1Dia
.
Explanações adicionais na Figura 3.31.
70
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.35: Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
1Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.31.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.36: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto GFS
2Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica
o valor 0.
71
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.37: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.38: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’, para o
conjunto GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.
72
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.39: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto GFS
2Dia
.
Explanações adicionais na Figura 3.36.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.40: Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto do
GFS
2Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.36.
73
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.41: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto GFS
3Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica
o valor 0.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.42: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.
74
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.43: Composição da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’, para o conjunto
GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.44: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto GFS
3Dia
.
Explanações adicionais na Figura 3.41.
75
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.45: Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
3Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.41.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.46: Perfil vertical da componente meridional do vento (m s
-1
) em função das fases da onda
composta para o conjunto GFS
4Dia
. Os valores correspondem aos desvios em relação à média zonal de
cada nível, para as latitudes de 5N (a), 2N (b), equador (c), 2S (d) e 5S (e). O contorno em preto indica
o valor 0.
76
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.47: Composição vertical da anomalia da componente zonal do vento (m s
-1
), U’, para o
conjunto GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.48: Composição vertical da anomalia da componente vertical do vento (Pa s
-1
), W’, para o
conjunto GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46.
77
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.49: Composição vertical da anomalia de temperatura (K), T’, para o conjunto GFS
4Dia
.
Explanações adicionais na Figura 3.46.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Figura 3.50: Composição vertical da anomalia de umidade relativa (%), UR’, para o conjunto
GFS
4Dia
. Explanações adicionais na Figura 3.46.
78
4 ENERGÉTICA
4.1 Perfis Verticais: Conjuntos de Análises e Previsões – CPTEC
As composições verticais de v’ apresentadas no Capítulo III mostram que os
aspectos dinâmicos e termodinâmicos relevantes às OL’s ficam bem caracterizados entre os
níveis de 1000 hPa e aproximadamente 400 hPa. Portanto, a análise dos perfis verticais dos
termos de energia é apresentada nos níveis supracitados, através dos termos descritos nas
Equações (16) a (19).
4.1.1 Energia Cinética da Perturbação (Ke)
A Figura 4.1 mostra em (a) os perfis verticais de K
E
para cada OL
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em três tempos consecutivos (campos sombreados), sendo
que o instante intermediário (posição mediana de cada perfil) é referente ao instante de
identificação de cada OL. O eixo das abscissas identifica cada OL e o eixo das ordenadas
mostra a coordenada vertical (Pressão em hPa). Em (b) é mostrado o perfil vertical médio do
grupo de ondas identificadas no conjunto mostrado na parte (a).
O perfil médio de Ke
v
(Figura 4.1 b) apresenta dois níveis abaixo de 400
hPa com valores máximos: 700 hPa e 925 hPa. A contribuição individual de cada OL (Figura
4.1a) para o perfil vertical médio revela que a média é representativa da maior parte das OL’s
identificadas, com exceção das ondas 10, 11 e 13, onde os máximos em 925 hPa ou não são
observados ou se apresentam deslocados verticalmente. Em 700 hPa (nível de máxima
amplitude das OL’s encontrado nas composições verticais) Ke
v
apresenta valores intensos,
sobretudo na segunda metade do conjunto de OL’s (ondas 9 a 17).
79
A divisão da OL em duas sub-regiões, Parte Leste e Parte Oeste, revela na
Parte Leste (Figura 4.6a e b) que a energia cinética do campo perturbado abaixo de 400 hPa
concentra-se no nível de 700 hPa, com exceção da OL 13. Em baixos níveis valores pequenos
de Ke
v
são predominantemente observados. Portanto, não é observada contribuição efetiva da
Parte Leste para o máximo em 925 hPa visto na Figura 4.1b (Área completa). Na Parte Oeste,
por outro lado, o máximo de Ke
v
encontra-se em 925 hPa, com valores máximos encontrados
nas OL’s 14 a 19.
Os perfis verticais de Ke
v
nos conjuntos CPTEC
1Dia
, CPTEC
2Dia
e
CPTEC
4Dia
(não mostrados) apresentam o mesmo padrão observado no conjunto CPTEC
Ana
,
com dois níveis de maior intensidade de Ke
v
em 700 hPa e 925 hPa. Porém, em 925 hPa, Ke
v
apresenta maior intensidade nos conjuntos de previsões. Os perfis verticais das sub-regiões
Leste e Oeste para os conjuntos das previsões do 1º, 2º e 4º dia (não mostrado) também
apresentam as mesmas características encontradas nas sub-regiões do conjunto CPTEC
Ana
.
É observado que os perfis de Ke
v
nos conjuntos compostos por previsões
diferem com alguma significância dos resultados encontrados no conjunto das análises apenas
no terceiro dia de previsão (CPTEC
3Dia
). Neste conjunto apenas dez OL’s são identificadas,
resultando em um perfil médio de Ke
v
(Figura 4.16b) sem regiões de máximos em 700 hPa e
925 hPa, como encontrado no conjunto CPTEC
Ana
. No entanto, as sub-regiões Leste e Oeste
do conjunto CPTEC
3Dia
(Figuras 4.21 e 4.26) apresentam perfis de Ke
v
semelhantes aos
encontrados no conjunto CPTEC
Ana
, mudando apenas na Parte Leste em baixos níveis, onde
são encontrados valores ligeiramente maiores de Ke
v
em 925 hPa (característica observada
predominantemente na Parte Oeste).
80
4.1.2 Conversão entre Energia Cinética Zonal e Energia Cinética da Perturbação
(Ck)
Os perfis verticais do termo de conversão entre a energia cinética zonal
média e energia cinética da perturbação, Ck
v
(Equação 17), apresentam características
distintas entre a primeira e a segunda metade do grupo de ondas identificadas nos conjuntos
das análises e previsões do CPTEC.
No conjunto das análises (CPTEC
Ana
), com dezenove ondas identificadas,
observa-se que as OL’s inicialmente apresentam valores predominantemente negativos de Ck
v
(Figura 4.2a), sobretudo abaixo de 700 hPa, gerando perturbações no campo de vento com
energia proveniente do escoamento médio (notar que valores negativos de C
K
e Ck
v
correspondem ao aumento de K
E
e Ke
v
, respectivamente). A partir da oitava OL, são
observados valores intensos e positivos entre 1000 – 900 hPa, seguido por valores intensos e
negativos acima de 900 hPa, atingindo o máximo negativo em aproximadamente 700 hPa.
Portanto, as OL’s com maior atividade de Ck
v
ganham energia do escoamento médio em
torno de 700 hPa, região de máxima atividade das OL’s, e perdem energia para o escoamento
médio na camada de mistura. As sub-regiões Leste e Oeste apresentam, qualitativamente,
perfis de Ck
v
com as mesmas características da região completa, porém, com menor
intensidade em 700 hPa.
Os aspectos encontrados nos perfis verticais de Ck
v
nos conjuntos do 1º, 2º e
4º dia de previsão (não mostrado) são bastante similares aos observados no conjunto
CPTEC
Ana
, com apenas alguns pontos distintos. A principal diferença é encontrada na sub-
região Leste, onde os grupos de previsão supracitados apresentam intensidades de Ck
v
menores na camada de mistura do que na sub-região Oeste.
81
O conjunto CPTEC
3Dia
(Figura 4.17a e b), com número reduzido de OL’s
identificadas (Tabela 2), apresenta o mesmo padrão do perfil médio de Ck
v
encontrado nos
demais grupos de previsões e análises (Figura 4.17b), com mínimo em 700 hPa, porém sem
valores positivos em baixos níveis. Nos perfis verticais de cada OL (Figura 4.17a) são
observados padrões distintos, com inversão nas regiões positivas e negativas entre níveis altos
e baixos (ondas 2 e 3 da Figura 4.17a). Portanto, a contribuição energética do reservatório K
Z
por processos de instabilidade barotrópica é significante, por vezes, em baixos ou em médios
níveis, ou ainda em toda a extensão vertical analisada. Na sub-região Leste, mostrada na
Figura 4.22, diferentemente dos outros conjuntos de previsão são observados valores mínimos
de Ck
v
em 925 hPa, característica presente sobretudo na primeira parte do conjunto de ondas
identificadas (Figura 4.18a). Acima desse nível, Ck
v
apresenta, na média, valores negativos,
atingindo seu máximo negativo em 500 hPa (Conversão de K
Z
para K
E
). O sub-conjunto da
Parte Oeste apresenta máximo negativo em 850 hPa e valores positivos junto à superfície
(Figura 4.27b), característica presente em apenas três OL’s (Figura 4.27a).
4.1.3 Conversão entre Energia Potencial Zonal e Energia Potencial Disponível (Ca)
O aspecto predominante encontrado no cálculo do perfil vertical de C
A
é a
pequena contribuição do processo de instabilidade baroclínica seca na produção de energia
potencial disponível zonal (A
E
), comparado com a ordem de grandeza de Ck
v
e G
E
(cerca de
uma a duas ordens de grandeza maiores). No entanto, é observado no sub-conjunto Oeste e na
área completa (Figuras 4.13a e 4.3a, respectivamente) valores intensos e predominantemente
negativos de Ca
v
abaixo de 850 hPa, chegando a aproximadamente -5e07 m s
-1
. A sub-região
Leste (Figura 4.8) apresenta valores predominantemente negativos em 1000 hPa, porém, com
menor intensidade.
82
Os conjuntos de previsão CPTEC
1Dia
, CPTEC
2Dia
, CPTEC
3Dia
e CPTEC
4Dia
apresentam as mesmas características do conjunto CPTEC
Ana
, para a área completa e sub-
regiões Leste e Oeste, independente do número de OL’s identificadas em cada conjunto.
4.1.4 Conversão entre Energia Potencial da Perturbação e Energia Cinética da
Perturbação (Ce)
O processo de conversão C
E
através de levantamento de ar frio e
subsidência de ar quente tem, assim como C
K
, papel fundamental no ciclo energético das
OL’s estudadas. A estrutura vertical dos termos ω’ e T’, mostradas no Capítulo III (Figuras
3.3 e 3.4) resultam em padrões complexos de contribuições positivas e negativas de A
E
para
K
E
através do termo de conversão C
Ev
(Equação 16).
No conjunto CPTEC
Ana
os perfis de Ce
v
(Figura 4.4) apresentam
predominantemente valores negativos (conversão de Ke para Ae) em níveis médios, atingindo
máximo negativo em 700 hPa. Acima desse nível e abaixo de 900 hPa, os valores alternam
entre positivos e negativos (Figura 4.4a), resultando em valores médios negativos e próximos
de zero. Na sub-região Leste (Figura 4.9) Ce
v
tem papel favorável à manutenção de K
E
acima
de aproximadamente 600 hPa, com valores predominantemente positivos e contribuição
negativa abaixo deste nível. O perfil da sub-região Oeste apresenta o mesmo comportamento
da área completa, mas com mínimo (máximo negativo) em 850 hPa (Figura 4.14a e b).
O padrão de Ce
v
observado nos conjuntos CPTEC
1Dia
, CPTEC
2Dia
e
CPTEC
4Dia
(não mostrados) é semelhante ao encontrado no conjunto CPTEC
Ana
, com
conversão de K
E
para A
E
nos níveis intermediários e conversão de A
E
para K
E
acima de
aproximadamente 600 hPa na sub-região Leste.
83
O perfil de Ce
v
para o conjunto CPTEC
3Dia
, mostrado na Figura 4.19,
apresenta em (b) valores negativos entre 1000 hPa e 450 hPa, aproximadamente, semelhante
ao encontrado para os outros conjuntos de previsões. No entanto, as sub-regiões Leste e Oeste
apresentam características distintas dos outros conjuntos. A região de intensa contribuição
positiva para K
E
(valores positivos de Ce
v
) acima de 600 hPa na sub-região Leste desaparece
(Figura 4.24), atingindo o máximo negativo em 500 hPa. Em baixos níveis, na sub-região
Oeste, o perfil de Ce
v
é importante para a geração de K
E
na maior parte das OL’s identificadas
(Figura 4.29a), resultando em contribuição média pequena e positiva em 925 hPa.
4.1.5 Termo de Geração de Energia Potencial da Perturbação por Processos
Diabáticos (G
E
)
O termo G
E
atua como fonte de energia potencial disponível zonal, A
E
,
através de geração de anomalias no campo de espessura por liberação/absorção de energia por
processos diabáticos. Dessa forma, valores positivos de G
E
contribuem para o aumento de A
E
e o acoplamento desse processo com a conversão de Ae para Ke (C
E
) atua como o termo de
instabilização condicional de segundo tipo (CISK).
Os resultados dos perfis verticais do termo G
E
para o conjunto CPTEC
Ana
estão mostrados nas Figuras 4.5, 5.10 e 4.15. O principal aspecto apresentado é a semelhança
entre G
E
e C
E
. Esta característica é encontrada em todos os conjuntos de previsões e análises,
onde valores positivos de C
E
(conversão de A
E
para K
E
) resultaram em valores positivos de
G
E
(geração de A
E
). Portanto, com a pequena contribuição do termo de conversão C
A
na
manutenção de A
E
, o termo G
E
é o principal responsável pela manutenção das anomalias de
A
E
, e, associado com a semelhança com C
E
, é também fundamental para a estrutura vertical
84
das anomalias de K
E
, confirmando o resultado obtido por Hsieh e Cook (2007) para ondas
africanas.
4.2 Perfis Verticais: Conjuntos de Análises e Previsões - GFS
Os conjuntos de análises e previsões do modelo global GFS (NCEP/NCAR)
são obtidos com maior resolução vertical, comparado com o modelo do CPTEC, como mostra
o Capítulo II, resultando em estruturas verticais mais detalhadas dos termos de energia.
4.2.1 Energia Cinética da Perturbação (Ke)
O perfil médio de Ke
v
no conjunto GFS
Ana
(Figura 4.31b) apresenta, assim
como encontrado nas análises do CPTEC, dois níveis de máxima intensidade de Ke
v
. Como
visto na composição de v’ (Figura 3.26), o máximo da perturbação relacionada às OL’s ocorre
em 700 hPa, acompanhado pelo máximo no perfil de Ke
v
(Figura 4.31b). O segundo nível de
maior intensidade de Ke
v
é 950 hPa com contribuição efetiva das últimas ondas identificadas
neste conjunto (Figura 4.31a).
O máximo no perfil médio de Ke
v
em 700 hPa é também observado na sub-
região Leste, onde em baixos níveis Ke
v
apresenta valores mínimos (Figura 4.36). Na sub-
região Oeste os níveis de maior atividade de Ke
v
se invertem, com maior intensidade de Ke
v
em 950 hPa (Figura 4.41). Este padrão de Ke
v
é observado em todos os conjuntos de
previsões (não mostrados), apresentando diferenças apenas no segundo dia de previsão, onde
as regiões de máximo em 700 hPa e 950 hPa se unem, configurando apenas uma região de
máximo (aproximadamente 800 hPa) e mínimo (aproximadamente 550 hPa).
85
4.2.2 Conversão entre Energia Cinética Zonal e Energia Cinética da Perturbação
(Ck)
O processo de conversão barotrópica no conjunto GFS
Ana
(Figura 4.32a)
apresenta grande semelhança com o perfil de Ke
v
(Figura 4.31a). São observados dois padrões
distintos nos conjuntos de OL’s entre a primeira e a segunda metade do conjunto, assim como
na análise baseada nas previsões do CPTEC. O primeiro padrão observado contém valores
negativos de C
K
em 950 hPa e 700 hPa (aumento de K
E
), presente entre as ondas 1 a 7 (Figura
4.32a). Em reflexo a esse padrão, Ke
v
(Figura 4.31a) tem dois níveis de valores máximos, 700
hPa e 950 hPa, como descrito anteriormente na seção 4.2.1. A partir da oitava onda, energia
cinética da perturbação é convertida em energia cinética zonal em baixos níveis, representado
pelas regiões de máximos positivos de Ck
v
entre 1000 hPa e aproximadamente 900 hPa.
Acima desse nível Ck
v
torna-se negativo, atingindo valores inferiores a -6e-06 m s
-1
(Figura
4.32a). O comportamento médio de Ck
v
(Figura 4.32b) mostra que o mínimo de Ck
v
ocorre
em 700 hPa. Com o aumento no processo de conversão barotrópica, Ke
v
(Figura 4.31a) atinge
valores de maior intensidade na parte final do conjunto, com máximo médio (Figura 4.31 b)
em 750 hPa.
A inversão no padrão de Ck
v
em baixos níveis entre a primeira e segunda
metade do conjunto é notada nas sub-regiões Leste e Oeste do conjunto GFS
Ana
(Figuras 4.37
e 4.42), porém, com valores de menor intensidade. A região de máxima conversão de K
Z
para
K
E
observada em níveis médios na área completa não se configura nas sub-regiões Leste e
Oeste, resultando em um perfil médio com pouca contribuição de C
K
para a manutenção de
K
E
.
86
O perfil vertical do termo de conversão C
K
para a área completa não
apresenta diferenças significantes entre o conjunto das análises (GFS
Ana
) e os conjuntos das
previsões GFS
1Dia
, GFS
2Dia
, GFS
3Dia
e GFS
4Dia
(não mostrados). No entanto, Ck
v
na sub-região
Oeste apresenta comportamento semelhante ao encontrado na área completa, com máximo
negativo em 700 hPa, sobretudo no conjunto GFS
3Dia
.
4.2.3 Conversão entre Energia Potencial Zonal e Energia Potencial Disponível (Ca)
A análise do termo de conversão baroclínica (C
A
) para os conjuntos de
análises e previsões do modelo GFS apresenta resultados qualitativamente semelhantes aos
encontrados no conjunto de previsões e análises do CPTEC. Os perfis verticais de Ca
v
acima
de 850 hPa (Figura 4.33a) apresentam valores de baixa intensidade e sem padrões bem
definidos, resultando em valores médios próximos de zero. Nos níveis abaixo de 850 hPa os
resultados da área completa e sub-região Oeste, no entanto, apresentam valores negativos e
intensos de C
A
, sobretudo na parte final do conjunto de OL’s identificadas. Este padrão está
presente em todos os conjuntos de previsões (não mostrados) e análises. O perfil médio
resultante apresenta valores em baixos níveis com a mesma ordem de grandeza encontrada na
análise de Ck
v
e Ce
v
(Figura 4.33 e 4.43), diferente dos resultados dos conjuntos do CPTEC,
onde Ca
v
é de uma a duas ordens de grandeza menor que Ck
v
e Ce
v
.
4.2.4 Conversão entre Energia Potencial da Perturbação e Energia Cinética da
Perturbação (Ce)
Os aspectos relevantes mostrados no perfil vertical de C
E
no conjunto
GFS
Ana
são encontrados em todos os conjuntos de previsão do modelo GFS (não mostrado).
87
No conjunto GFS
Ana
(Figura 4.34a, b) são observados três regiões de intensa contribuição de
Ce
v
para o aumento de Ke
v
. As regiões são: i) Baixos níveis, com máximo em
aproximadamente 900 hPa; ii) níveis médios, com máximo em aproximadamente 750 hPa; iii)
Altos níveis, com máximo em aproximadamente 500 hPa.
Em baixos níveis Ce
v
atinge maior intensidade, atuando mais efetivamente
para o aumento de Ke
v
em 900 hPa do que nos níveis de 700 hPa e 500 hPa. Entre os níveis
de máxima intensidade são encontradas duas regiões de valores negativos de Ce
v
,
contribuindo para a diminuição de Ke
v
. O ponto de mínimo mais intenso é encontrado em
aproximadamente 650 hPa, seguido pelo mínimo em 750 hPa. Assim como encontrado nos
termos Ke
v
e Ck
v
, o termo de conversão Ce
v
apresenta características distintas entre a parte
inicial e a parte final do grupo de ondas identificadas em cada conjunto de análise ou
previsão. Esta diferença configura-se com o aumento da intensidade e abrangência vertical da
região de máximo C
E
em baixos níveis, durante a segunda metade do grupo de OL’s
identificadas, unindo as regiões de máximo em 900 hPa e 750 hPa. Este padrão é observado
na sub-região Oeste e na região de área completa e o resultado da intensificação de Ce
v
,
associado com os máximos positivos apresentados por Ck
v
nas mesmas regiões, indica que
Ce
v
é responsável pela manutenção dos máximos observados em Ke
v
em níveis baixos na
segunda metade do conjunto de OL’s identificadas.
A sub-região Leste (Figura 4.39) apresenta distribuição vertical de Ce
v
qualitativamente semelhante ao encontrado na área completa (Figura 4.34), mas com
intensidades reduzidas. Nesta região, o máximo de Ce
v
em superfície desaparece, restando
apenas os máximos em médios e altos níveis.
88
4.2.5 Termo de Geração de Energia Potencial da Perturbação por Processos
Diabáticos (G
E
)
A estrutura vertical de G
E
no conjunto das análises (Figura 4.35) apresenta
grande semelhança com C
E
e magnitudes maiores às encontradas em C
E
e C
K
(sobretudo nos
conjuntos de previsão (não mostrado)). Os níveis preferenciais de geração de Ae
correspondem aos níveis de maior contribuição de C
E
para K
E
(resultado obtido pelos
conjuntos do CPTEC), e associado com a pequena contribuição de Ca
v
, G
E
configura-se como
a fonte majoritária para a manutenção de A
E
. No entanto, o máximo em baixos níveis
observado em C
E
não é reproduzido no perfil médio de G
E
no conjunto GFS
Ana
na área
completa e parte Oeste (Figura 4.35b e 4.45b), onde a contribuição negativa dos distúrbios 4,
5, 6, 15 e 16 (Figura 4.35a e 4.45a) resultam em valores negativos em 1000 hPa. Nos
conjuntos de previsão, diferente do conjunto GFS
Ana
, são observados valores intensos e
positivos de G
E
em baixos níveis, sobretudo na sub-região Oeste e na região de área completa.
Com o aumento no prazo de previsão são observadas diferenças na estrutura
vertical dos termos de energia entre as previsões e as análises. Entretanto, as previsões
reproduzem satisfatoriamente bem as estruturas presentes nas análises, apresentando
diferenças significativas apenas nos conjuntos de previsões GFS
2Dia
e CPTEC
3Dia
. O principal
aspecto encontrado na análise da estrutura vertical dos termos de energia são as diferenças
entre os modelos do CPTEC e NCEP. O termo de energia Ca
v
apresenta estrutura semelhante
em ambos os modelos, porém, com valores mais intensos no modelo GFS (cerca de duas
ordens de grandeza maior). O termo de conversão C
E
e G
E
apresentam estrutura vertical
complexa nas análises e previsões do modelo GFS, com regiões alternadas de valores
positivos e negativos. Esta estrutura não é observada no modelo do CPTEC, entretanto, esta
diferença pode ser atribuída à diferença na resolução vertical disponibilizada por cada
modelo.
89
(a) (b)
Figura 4.1: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (calculado na área completa) para cada OL identificada
no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíil médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.2: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
90
(a) (b)
Figura 4.3: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.4: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
91
(a) (b)
Figura 4.5: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (calculado na área completa) para cada Onda de Leste
identificada no conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.6: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
92
(a) (b)
Figura 4.7: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.8: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
93
(a) (b)
Figura 4.9: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.10: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-Região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
94
(a) (b)
Figura 4.11: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.12: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
95
(a) (b)
Figura 4.13: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.14: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
96
(a) (b)
Figura 4.15: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-Região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.16: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
97
(a) (b)
Figura 4. 17: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4. 18: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (área completa) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
98
(a) (b)
Figura 4.19: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.20: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
99
(a) (b)
Figura 4.21: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.22: Perfil Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
100
(a) (b)
Figura 4.23: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.24: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
101
(a) (b)
Figura 4.25: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.26: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
102
(a) (b)
Figura 4.27: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.28: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
103
(a) (b)
Figura 4.29: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.30: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto CPTEC
3Dia
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
104
(a) (b)
Figura 4.31: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.32: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
105
(a) (b)
Figura 4.33: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.34: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
106
(a) (b)
Figura 4.35: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (área completa) para cada OL identificada no conjunto
GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.36: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
107
(a) (b)
Figura 4.37: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.38: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
108
(a) (b)
Figura 4.39: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.40: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Leste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
109
(a) (b)
Figura 4.41: Perfil vertical de K
E
(Ke
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.42: Perfil vertical de C
K
(Ck
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
110
(a) (b)
Figura 4.43: Perfil vertical de C
A
(Ca
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
(a) (b)
Figura 4.44: Perfil vertical de C
E
(Ce
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
111
(a) (b)
Figura 4.45: Perfil vertical de G
E
(Ge
v
) (Sub-região Oeste) para cada OL identificada no
conjunto GFS
Ana
em (a) e o perfíl médio do conjuto em (b).
112
5 CONCLUSÕES
Neste trabalho foram avaliadas as características energéticas, dinâmicas e
termodinâmicas das Ondas de Leste presentes nas previsões de até 96 horas e nas análises
operacionais de dois modelos globais, T126 e GFS, provenientes dos centros meteorológicos
CPTEC/INPE e NCEP/NCAR. Foram analisadas as OL’s em um período de sete meses, entre
março e setembro de 2007, sobre a região do Atlântico equatorial.
A análise dos conjuntos de previsões, caracterizados pelo prazo de previsão,
teve como objetivo principal a avaliação da capacidade preditiva dos modelos do NCEP e do
CPTEC com o aumento do prazo de previsão. Essa análise revelou a diminuição no número
de ondas detectadas com o aumento do prazo de previsão. Portanto, a previsão de 72 horas,
por exemplo, revela um menor número de OL’s que as respectivas análises de validação da
previsão. Foi também observado que existe uma diferença significativa no número de ondas
identificadas nas análises do NCEP e nas análises do CPTEC. A princípio, espera-se que cada
OL seja identificada em ambos os modelos, uma vez que as análises do CPTEC partem das
análises do NCEP. Entretanto, o modelo do CPTEC disponibiliza suas análises de
inicialização com baixa resolução vertical. Portanto, devido à baixa resolução vertical
associada com o método de identificação utilizado, observou-se um menor número de ondas
identificadas nas análises do CPTEC. Em adição, foi observado nos conjuntos de previsão que
a velocidade de fase das OL’s aumenta e o respectivo período diminui com o aumento do
prazo da previsão. Este resultado foi observado em ambos os modelos
As composições dos perfis verticais dos termos T’, UR’, ω’, v’ e u’
(perturbações da temperatura, umidade relativa, velocidade vertical, vento meridional e zonal,
respectivamente) em oito categorias características (definidas pelo setor da onda de leste) são
aplicadas para cada conjunto de análise e previsão, em ambos os modelos. As perturbações
características no campo do vento meridional em 700 hPa apresentaram-se bem definidas na
113
composição de v’, com duas regiões de máxima intensidade e sentidos opostos, separadas
pelo eixo do cavado da OL e estendendo-se em todo o domínio meridional da área de estudo.
Entre os conjuntos das análises e previsões foi observado que v’ não apresentou diferenças
significantes, mantendo-se com a mesma estrutura em todos os conjuntos. Outro aspecto
presente em todos os conjuntos é o padrão de circulação visto na camada de mistura, com
sentido oposto ao observado em 700 hPa, com inversão em aproximadamente 850 hPa.
A composição das anomalias do vento zonal (u’) revelou a existência de
padrões distintos entre os hemisférios sul e norte pois, ao norte de 0º, u’ apresentou duas
regiões de anomalias negativas e positivas, semelhante às anomalias observadas em v’ em 700
hPa. Com a diminuição da latitude, a região de u’ negativo sobre a categoria N (vento
meridional máximo de norte) em 700 hPa desaparece, resultando em bandas alternadas de
valores positivos e negativos, inclinadas para oeste com a altura. Essas bandas formam em
baixos níveis duas regiões com valores positivos e negativos na parte leste e oeste da onda
composta, respectivamente.
As composições de ω’ também apresentaram características distintas entre
as partes ao sul e ao norte da latitude de referência, onde ao norte de 0°, assim como
encontrado por Reed et al., (1977) e Hsieh e Cook (2007), o máximo movimento ascendente
ocorre na parte oeste do eixo do cavado, compreendido entre as categorias T e C
L
(oeste do
eixo do cavado no Hemisfério Norte). Entre as categorias C
W
e T (a leste do eixo do cavado
no Hemisfério Norte), houve predominância de movimento subsidente, com apenas algumas
regiões de movimento ascendente. Ao sul de 0º, a convecção passa a ocorrer predominante na
parte oeste da onda composta (latitudes 2ºS e 5ºS), entre as categorias C
W
e T. Este padrão foi
observado predominantemente em todos os conjuntos de análises e previsões analisados
114
As composições das anomalias de T’ apresentaram características distintas
entre os modelos utilizados. Nas composições ao norte da latitude de referência (5N e 2N),
para o modelo do CPTEC, são encontrados valores predominantemente positivos em baixos
níveis. Com o decréscimo da latitude, as anomalias negativas na parte leste desaparecem e
formam ao sul de 0º regiões alternadas de anomalias positivas e negativas, sobre as partes
oeste e leste da onda composta, respectivamente. Nas composições do modelo GFS esse
padrão ao norte de 0º não é observado, uma vez que em baixos níveis ocorre a predominância
de valores negativos de T’. Ao sul da latitude de referência os aspectos de T’ são semelhantes
em ambos os modelos, para todos os conjuntos de análises e previsões, com faixas alternadas
de T’ positivo e negativo, como encontrado na composição de u’.
Foi encontrada grande semelhança entre as composições de UR’ com as
composições de T’ ao sul da latitude de referência. As anomalias de UR’ nesta região
apresentam bandas positivas e negativas, com sinal oposto ao encontrado nas anomalias de T’.
Ao norte de 0º as anomalias são predominantemente negativas na parte oeste do cavado e
positivas na parte leste.
As composições mostraram que, de maneira geral, o padrão de oscilação no
campo do vento meridional característico das OL’s fica principalmente compreendido entre
850 hPa e 500 hPa, podendo estender-se para níveis superiores. As anomalias de temperatura,
vento zonal e umidade relativa, associadas às OL’s, apresentaram aspectos semelhantes,
sobretudo ao sul da latitude de referência em médios e baixos níveis, com bandas alternadas
de anomalias inclinadas para oeste com a altura. O movimento vertical associado aos
distúrbios apresentou convecção preferencialmente na parte oeste do cavado. A estrutura das
composições verticais foi pouco alterada como aumento no prazo de previsão, apresentando
modificações localizadas, sem perder os aspectos característicos encontrados no conjunto de
análises.
115
A evolução da estrutura vertical da energética das OL’s sobre o oceano
Atlântico equatorial foi investigada utilizando o conjunto de equações descrito em Norquist et
al. (1977). Neste conjunto de equações foi incluído o termo de geração de Ae por processos
diabáticos, com a intenção de avaliar a importância desses processos na manutenção das
OL’s. Foram encontrados resultados distintos nos perfis verticais dos termos de energia entre
os modelos do CPTEC e NCEP. Entretanto, essas diferenças podem ser atribuídas à baixa
resolução vertical disponibilizada pelo CPTEC. Deve ser notado que esse problema é devido
aos conjuntos de dados que foram recuperados do banco de dados das previsões e análises, e
não do modelo em si.
Na análise energética é encontrado que as perturbações no campo do vento
meridional em 700 hP, associadas às OL’s, foram mantidas pela combinação dos termos de
conversão C
E
e C
K
, com maior contribuição de C
K
neste nível. Nos demais níveis, C
E
desempenhou papel fundamental na estrutura vertical de K
E
, com regiões bem definidas de
contribuições positivas e negativas (análises e previsões do NCEP). O processo de conversão
entre A
Z
e A
E
(C
A
) foi mais significativo em baixos níveis nos conjuntos do modelo GFS,
onde atingiu valores negativos com a mesma ordem de grandeza encontrada nos termos C
K
e
C
E
. Nos demais níveis, acima de 900 hPa, C
A
não apresentou contribuição significava.
O termo de geração de A
E
por processos diabáticos (G
E
) apresentou
estrutura vertical bastante similar à estrutura vertical de C
E
e intensidade maior do que o
observado em C
K
e C
E
. Associado com a pequena contribuição de C
A
na geração ou
destruição de A
E
, o termo G
E
apresentou papel majoritário na manutenção da estrutura
vertical de A
E
.
Os perfis verticais dos termos de energia foram calculados nas sub-regiões
Oeste e Leste do eixo do cavado de cada OL. Foi observado que a parte Leste
116
(predominantemente sobre o oceano) apresenta anomalias pequenas de K
E
, com máximo
relativo em 650 hPa (700 hPa) nos conjuntos do NCEP (CPTEC). Nesta região, C
E
apresenta
papel majoritário na manutenção de K
E
nos conjuntos do CPTEC e contribuição semelhante à
C
K
nos conjuntos do NCEP. A sub-região Oeste, por sua vez, com influência direta dos
processos dinâmicos e termodinâmicos associados à interface oceano-continente, apresenta
em ambos os modelos grande atividade de K
E
e C
E
em baixos níveis, com pequena
contribuição de C
K
.
Em todos os conjuntos de previsões e análises, em ambos os modelos, são
encontradas diferenças nos perfis verticais dos termos de energia entre as OL’s identificadas
no começo e no final do período de análise. Na segunda metade do conjunto de ondas
identificadas, em cada conjunto, são observados valores mais intensos de K
E
, associados a
valores mais intensos de C
K
e C
E
e também a mudanças em suas estruturas verticais. Isso
indica a existência de regimes sazonais do ponto de vista do ciclo energético nos processos de
manutenção das OL’s na região, assim como em sua geração e dissipação.
5.1 Sugestões para Trabalhos Futuros
Neste trabalho são investigadas as propriedades médias das Ondas de Leste
identificadas nas previsões numéricas de dois modelos globais distintos e respectivas análises
de validação através de composições de variáveis meteorológicas. Entretanto, não é avaliada a
existência de ondas com propriedades distintas do ponto de vista energético antes da
composição, fato verificado na análise dos perfis dos termos de energia, uma vez que as ondas
identificadas apresentam aspectos distintos no ciclo de energia entre a primeira e a segunda
metade de cada conjunto. Os autores De Felice et. al., (1990, 1993) e Viltard et. al., (1997)
encontraram OL no Atlântico Norte com propriedades distintas das Ondas Africanas.
117
Portanto, é necessário em trabalhos futuros verificar as propriedades de cada distúrbio e
avaliar a viabilidade do método de composição.
Neste trabalho os aspectos do ciclo de energia são analisados entre 1000 hPa
e 400 hPa, região definida pelos resultados das composições verticais. Entretanto, como não
são avaliados os fluxos verticais de energia em 400 hPa, recomenda-se estender esta análise
até altos níveis e avaliar o fluxo vertical de energia em níveis próximos á região ativa das
OL’s, buscando entender o papel desse processo na configuração da estrutura vertical das
OL’s. Em adição, recomenda-se para trabalhos futuros a inclusão da análise da distribuição da
precipitação associada com cada distúrbio, possivelmente com o uso de diferentes estimativas
por satélite. Os resultados deste trabalho também indicam que parte da diferença no número
de ondas encontradas nos conjuntos do NCEP e CPTEC, deve-se a baixa resolução vertical e
temporal dos dados disponibilizados pelo CPTEC, portanto, é importante analisar os produtos
operacionais de previsão de tempo com a maior resolução vertical e temporal possível.
118
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