Meteorologia por Satélite

Seminário sobre o Catarina: enfoque sobre as

informações baseadas em satélites

Profa. Leila Maria Véspoli de Carvalho

Monitor: Michel N. Muza

Introdução – Ciclones Tropicais

Definição: Intensos vórtices que se desenvolvem preferencialmente em regiões oceânicas com temperaturas superficiais acima de 26,5°C e profundidade da ordem de 80 metros (Charney e Eliassen, 1964).

Furacão é a denominação utilizada nos EUA, América Central e Brasil para ciclones tropicais cuja a velocidade do vento no centro da tempestade deve ser superior a 118 km/h. Em outras regiões do globo os ciclones tropicais recebem diferentes nomes relativo ao mesmo fenômeno meteorológico.Classificação: Uma escala utilizada a partir da década de 70 para medir a intensidade dos furacões é a de Saffir-Simpson. Este nome homenageia seus dois criadores: o engenheiro Herber Saffir e o diretor do Centro Nacional de Furacões do EUA, Robert Simpson. A escala de Saffir-Simpson considera a velocidade do vento e os danos causados pelos furacões para dividi-los em cinco categorias.

Categ.

 Efeito  Velocid.

vento(km/h)

 Tipo de consequências

  1

 Mínimo 118 - 152 Raízes de árvores danificadas e derrubada das mais isoladas, ramos quebrados. Alguns danos em sinalizações públicas e em casas mais frágeis. Pequenas inundações das estradas costeiras e danos menores nos portos e áreas costeiros.

  2

 Moderado 152 - 176 Árvores tombadas ou partidas. Alguns vidros de janelas são quebrados, veículos deslocados do chão; desprendimento da superfície de coberturas e anexos, mas sem danos maiores nas construções principais. Estradas enterrompidas por risco de inundação ainda antes da chegada do centro do furacão. Evacuação da população em zonas costeiras.

  3  

 Significativo  

 176 - 208

Cheias severas nas zonas costeiras. Árvores arrancadas pela raiz. Alguns danos estruturais em edifícios pequenos, principalmente nas zonas costeiras pelo arrastamento de detritos e pelo impacto das ondas. Estradas costeiras inundadas cerca de 5 horas antes da chegada do centro do furacão. Evacuação da população até vários quarteirões das áreas costeiras.

  4

 Extremo  208 - 248

Destruição e arrasto de árvores, sinalizações públicas, postes e outros tipos de objectos. Destruição de casas frágeis e danos consideráveis nos telhados, vidros e portas dos edifícios. Erosão extensiva das praias. Evacuação da população até cerca de 3 km da costa.

  5  

Catastrófico > 248 A população até cerca de 16 km da costa devem ser evacuada. Destruição de janelas, portas e dados profundos na estrutura de alguns edifícios.

Estágios dos furacões

Estágio inicial: Caracterizado pelo aglomeramento de nuvens relativamente desorganizadas associadas a um fraco distúrbio tropical. Alguns parâmetros essenciais para a transformação de um fraco distúrbio tropical em uma severa tempestade são:

(a) a região de origem e atuação do furacão deve possuir águas com temperatura relativamente quente;

(b) a umidade relativa na troposfera média deve ser elevada, visando manter as nuvens convectivas;

(c) fraco variação vertical do vento, não permitindo a ventilação do distúrbio.

Estágios dos furacões

Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone.

Este aquecimento produz divergência na alta troposfera, que faz com que o peso da coluna de ar diminua, causando uma queda de pressão na superfície.

O desenvolvimento ocorre devido a uma interação de nuvens cumulus e movimentos de escala sinótica. As tempestades tropicais são uma típica fonte de calor que se movem e liberam uma grande quantidade de calor na média e alta troposfera, aquecendo-a e aumentando sua pressão nos níveis superiores.

Estágios dos furacões

Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone.

Diminuindo a pressão em superfície, um sistema de baixa pressão é estabelecido e ventos de baixos níveis convergem e começam a girar mais rápido em torno do centro de baixa pressão, devido à força de Coriolis. Estes ventos carregam o vapor d’água do oceano para o centro do sistema.

Ao convergir e ascender ao redor do centro de baixa pressão ocorre uma grande quantidade de liberação de energia devido à troca de fase do vapor. O centro de baixa pressão então intensifica-se, aquecendo a coluna atmosférica, causando mais divergência em altos níveis, estabelecendo-se assim uma reação em cadeia.

Estágios dos furacões

Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone.

Durante o estágio maduro os furacões apresentam uma estrutura horizontal de algumas centenas de quilômetros (de 100 a 1000 Km).

Visualmente os ciclones tropicais apresentam um aspecto quase circular, se estendendo verticalmente através de toda troposfera (aproximadamente de 10 a 12 Km).

A circulação associada aos ciclones tropicais apresenta uma rotação ciclônica em baixos níveis, e anticiclônica em níveis superiores. Das observações sabe-se que os ventos horizontais mais intensos (de 50 a 100 m.s-1) são concentrados próximos a 100 Km do centro do distúrbio em baixos níveis. A esta mesma distância são encontradas as mais fortes atividades convectivas presentes na estrutura do furacão.

Estágios dos furacões

Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e manutenção do ciclone.

Os ventos mais intensos são concentrados próximos a uma região livre de nuvens convectivas a 100 Km do centro. Essa região é chamada de olho do furação.

Fase de decaimento: Último estágio

Os principais fatores que ocasionam o enfraquecimento do furacão são:

• deslocamento para fora do ambiente quente e úmido;

• passagem sobre continentes ou grandes áreas de terra;

• deslocamento para regiões com grande variação vertical do vento.

Estágios dos furacões

Esses fatores são associados a:

(i) diminuição da liberação de calor latente;

(ii) enfraquecimento da divergência em níveis superiores;

(iii) queda da temperatura média na coluna vertical do furacão;

(iv) aumento da pressão de superfície no centro do distúrbio.

O Catarina: enfoque sobre as informações baseadas em satelites

1) Nuvens nas imagens dos satelites

2) Ventos pelos dados de satelites

3) Convecção em imagens realçadas

O Catarina apareceu nas imagens de satélite como um sistema convectivo com um escudo de nuvens de forma circular cercado por um ”olho” livre de nuvens.

Nuvens: Satélite de órbita polar Terra – 26.03.2004 – 13:10 TMG

Infravermelho Visível

nuvens com desenvolvimento

vertical

nuvens baixas

Satélite Terra – 27.03.2004 – 13:55 TMG

As nuvens cirrus são vistas divergindo

anticiclonica-mente do centro

do Catarina.

Satélite Terra – 27.03.2004 – 16:00 TMG

Enquanto que nuvens cumulos e estratucumulos são observadas ciclonicamente em aspiral convergindo para o centro do Catarina.

Nuvens: textura

25.03.2004 – 09:37 TMG

A análise de ventos de cartas meteorológicas associada a imagens de satélite é geralmente utilizada na meteorologia operacional como um produto auxiliar na análise diagnóstica do tempo.

Como exemplo, serão exibidos algumas imagens de barbelas de ventos junto a imagens no infravermelho do satélite geoestácionario GOES-12 (~36.000 km de altura) durante atuação do Catarina no Atlântico Sul, disponibilizadas pelo Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS) – University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center.

Ventos do Catarina nas imagens dos satélites

Ventos em níveis baixos e médios

GOES 24.03.2004 18:00 UTC

Nuvem vírgula invertida

Um vetor é obtido através do deslocamento de um alvo (nuvem) entre duas imagens.

Controle de qualidade da informação:

•Correlação entre os vários vetores representando um alvo.

•Rejeição de velocidades menores.

•Consistência temporal.

Como é calculado a barbela de vento junto a imagens dos satélites?

Considera-se que o nível de pressão de um dado vetor é igual ao nível de pressão onde a temperatura da atmosfera é igual à temperatura de brilho infravermelho da nuvem. O CPTEC usa o perfil de temperatura e pressão da análise do modelo.

Como é calculado a altura da barbela de vento junto a imagens dos satélites?

GOES 25.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis baixos e médios

GOES 27.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis baixos e médios

GOES 28.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis baixos e médios

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

Ventos em níveis médios e altos

GOES 24.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos

GOES 25.03.2004 18:00 UTC

Ventos com circulação ciclônica

Ventos em níveis médios e altos

GOES 26.03.2004 18:00 UTC

Ventos divergindo anticiclonicamente

Ventos em níveis médios e altos

GOES 27.03.2004 18:00 UTC

Ventos em níveis médios e altos

GOES 28.03.2004 18:00 UTC

Um dos problemas geralmente observado é quando tem-se forte cizalhamento do vento na vertical em uma fina camada da atmosfera. Assim, nas análises nota-se que embora os vetores sejam colocados em um mesmo nível, na realidade estão em níveis diferentes próximos entre si.

O mesmo tipo de diagnóstico de vento pode ser feito com imagens do vapor d’água. Porém, a umidade na alta troposfera não é bem representada pelo modelo. Na literatura alguns estudos utilizam a reanálise do NCEP/NCAR. Assim, para níveis menores que 300 hPa os valores de umidade são interpolados linearmente (considerando 0% em 50 hPa).

Ventos em superfície do Catarina (~10 m de altura) de estimativas baseadas em sensores de satélites (apenas sobre o oceano).

Os dados de ventos atualmente disponibilizado pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) são:

A direção e intensidade do vento estimada pelo radiômetro SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager). Essa estimativa tem uma resolução de 25 km e uma precisão de aproximadametne 2 m/s. A bordo do satélite de órbita polar QuikSCAT, oferece um mapeamento global com uma freqüência em geral de 4 horas.

Exemplo de estimativa de vento baseada em satélite durante ocorrência do Catarina no Atlântico Sul. Dia 25.03.04 as 20:22 TMGEstimativas

de vento na ordem de 75 km/h

Dia 26.03.04 as 08:45 TMGBarbelas com

ventos acima de 50 nós (>100 km/h)

Dia 26.03.04 as 08:45 TMGDia 27.03.04 as 21:15 TMGCatarina atingiu

o continente.

Convecção no Catarina mostrada através de imagens realçadas pelos topos frios de nuvens com grande desenvolvimento vertical.

Infravermelho realçado (Satélite GOES-12)

Referências Bibliográficas:

HOLTON, JR., 1992: An introduction to dynamic meteorology. Academic Press 511 p.

HOUZE, R.A., 1993: Cloud Dynamics. Academic Press, 23, 406-436.

http://cimss.ssec.wisc.edu/ (09/10/2004)

LAURENT, H., N. ARAI, B. FOMIN, L.A.T. MACHADO, e M.ªGONDIM, 2002: Extração do vento utilizando imagens de satélite no CPTEC: Nova versão e avaliação dos dados do WETAMC/LBA e dados operacionais da DAS/CPTEC. Rev.Bras.Meteor., 17, 113-123.