ESTUDO DE UM EVENTO DE GRANIZO EM SÃO LOURENÇO DO SUL/RS
OCORRIDO EM NOVEMBRO DE 2010
João Rodrigo de Castro1
Paulo Roberto Pelufo Foster2
Flavio Tiago do Couto3
1
Universidade Federal de Pelotas (UFPel)
Estudante de Meteorologia, Faculdade de Meteorologia;
Campus Universitário s/n – Caixa Postal 354, Pelotas (RS), Brasil – CEP 96010-900
[email protected]
² Universidade Federal de Pelotas (UFPel)
Prof. Doutor da Faculdade de Meteorologia, Faculdade de Meteorologia;
Campus Universitário s/n – Caixa Postal 354, Pelotas (RS), Brasil – CEP 96010-900
[email protected]
3
Universidade de Évora
Mestrando em Ciências da Terra, da Atmosfera e do Espaço, Departamento de Física;
Rua Romão Ramalho, 59 – 7000, Évora, Portugal
[email protected]
Abstract
It is well-known that the Southern region of Brazil has favorable conditions for occurrence of different types of
th
severe weather, sometimes resulting in several economical and social damages. On 15 November 2010,
São Lourenço do Sul City, located in Rio Grande do Sul State was affected by an intense hail storm,
responsible by some economical damages. Therefore, this study aims at analyzing the atmospheric conditions
associated to this event, pointing out the importance of the use of remote sensing tools as support to the
analysis of severe weather. For such, it was analyzed some meteorological variables, registered by
meteorological surface stations as well as synoptic maps of surface and 250 hPa. A set of images generated
by the the meteorological satellite METEOSAT-9, enhanced in infra-red channel and images generated by the
RADAR located in the Canguçu City, had been used with the intention of verifying the intensity of the storm.
According to the data analyzed in this study, the hailstorm was formed embedded in a large circulation
identified as a trough on surface, strong winds in 250hPa that favored the atmospheric instability, leading to
the development of cloudiness. By the use of remote sensing tools, it was possible to observed the intense
convective activity, due the presence of clouds with great vertical development in satellite images and the
great probability of hail occurrence through the radar images. Therefore, may be observed of efficiency of the
use of remote sensing data in accompaniment of the atmospheric systems as well as the comportment of
atmosphere in this case.
Key-words: hail, remote sensing, thunderstorm.
Resumo
Diversos fatores físicos fazem da região Sul do Brasil umas das áreas mais propícias ao desenvolvimento de
sistemas causadores de condições extremas de tempo, as quais muitas vezes são responsáveis por grandes
prejuízos a sociedade em geral. No dia 15 de novembro de 2010, uma tempestade acompanhada de intenso
granizo foi observada no município de São Lourenço do Sul, assim sendo, o presente estudo tem como
objetivo realizar uma descrição das condições atmosféricas associadas a este evento, destacando também a
importância da utilização de ferramentas de sensoriamento remoto como auxilio em análises de tempo
severo. Para tanto foram utilizadas cartas sinóticas de pressão ao Nível Médio do Mar (NMM) e em 250 hPa,
sendo que o comportamento de algumas variáveis meteorológicas à superfície foi analisado a partir de
registros de estações automáticas. Um conjunto de imagens do RADAR localizado em Canguçu e do satélite
meteorológico METEOSAT-9 também foram utilizados a fim de avaliar a intensidade da tempestade. A
presença de um cavado em superfície, junto a presença do Jato Sub Tropical (JST) em 250 hPa favoreceram
o desenvolvimento da atividade convectiva verificada tanto nas imagens de satélite, pela nebulosidade com
topos bem frios, quanto nas imagens de radar, devido aos valores de refletividade observados. Contudo, o
trabalho proporcionou observar a eficiência do uso de ferramentas de sensoriamento remoto no
acompanhamento do sistema atmosférico, sendo possível observar como o ambiente atmosférico se
estabeleceu em tal situação.
Palavras chave: granizo, sensoriamento remoto, tempestade.
1 – Introdução
Como bem discutido na literatura, os processos de formação de nuvens e precipitação
dividem-se basicamente em três tipos: orográfico, frontal e convectivo. Este último é produto da
heterogeneidade do solo, que é aquecido diferentemente de uma região para outra, esse
aquecimento irregular é o gatilho para o processo de convecção. Devido a essa diferença o ar
mais frio ao redor da região aquecida, por ser mais denso, força a elevação do ar quente. Quando
o ar sobe, ele resfria-se adiabaticamente causando assim sua condensação e consequente
formação de gotas de chuva, que após conseguirem vencer o movimento ascendente existente no
interior da nuvem caem configurando as correntes descendentes. Segundo FERREIRA (2006), na
extremidade principal dessa corrente descendente forma-se uma frente de rajada no limite entre o
ar que desce mais frio e o ar mais quente que sobe na adjacência da nuvem. A essa frente de
rajada podemos atribuir os destelhamentos e as quedas de árvores muito comuns quando uma
grande célula desse tipo atinge zonas urbanas, causando inúmeros prejuízos para a sociedade em
geral.
Os primeiros resultados de estudos relacionados a nuvens de tempestades foram
publicados por BYERS et. al (1949), os quais definiram como “célula” a unidade básica de uma
nuvem Cumulunimbus (Cb). Os mesmos identificaram que o ciclo de vida de uma Cb típica possui
uma duração de 45 minutos à 1 hora, podendo ser dividido em três estágios de desenvolvimento:
estágio inicial (estágio Cumulus), estágio maduro e o estágio de dissipação. Estes estágios são
discutidos melhor em WALLACE et. al (2006). Quando organizadas em grandes blocos, as Cb
são referidas como aglomerações convectivas ou Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM).
Segundo HOUZE (1993), os SCM são reconhecidos por produzirem uma área de precipitação de
aproximadamente, 100 km ou mais na horizontal, sendo que COTTON et. al (1989) complementa
que esses sistemas possuem um ciclo de vida de tipicamente 06 a 12 horas. De acordo com
ORLANSKI (1975), as tempestades encontram-se na escala meso-γ possuindo uma extensão
espacial de 2 km a 20 km e um intervalo de tempo da ordem de uma hora.
Como mencionado anteriormente, no interior da nuvem existem movimentos ascendentes
e descendentes, durante esses movimentos os hidrometeoros se colidem tornando-se ainda
maiores. Se durante a queda de um desses constituintes o movimento ascendente for
suficientemente forte, se estabelecerá um ciclo de subidas e decidas que contribuirá para o
crescimento dos mesmos. Segundo VIANELLO (1991), se a extensão vertical da nuvem for
bastante elevada, poderá ocorrer a formação de granizos, como resultado do referido ciclo dos
constituintes no interior da nuvem. A ocorrência de granizo normalmente está associado com as
tempestades. Como discutido por JOHN et. al (1992), reconhece-se como tempestades severas
aquelas tempestades capazes de gerar tornados, ventos destrutivos ou rajadas de vento com
intensidade superior a 26 m s-1 (50 kt), bem como granizo grande, com pedras de 2 cm ou mais
de diâmetro ao atingirem a superfície.
Utilizando dados do satélite TRMM, ZIPSER et. al. (2006) mapeou os casos mais
extremos de severa convecção no planeta, destacando a região que compreende as latitudes
médias e subtropicais da América do Sul a leste dos Andes como uma área de tempestades mais
intensas da Terra. Entretanto, outros estudos realizados anteriormente já reconheciam tal
característica (BROOKS, 2003; NASCIMENTO, 2005). Por vezes, durante os meses mais
quentes, alguns municípios do estado do Rio Grande do Sul são afetados por fenômenos
atmosféricos extremos, seja ventos fortes, intensa precipitação, queda de granizo ou, em
situações mais extremas, por tornados. A ocorrência de tais fenômenos está associada à atuação
de diversos sistemas meteorológicos.
O sensoriamento remoto é um termo usado para descrever uma tecnologia que permite o
estudo de algumas características físicas de um objeto, sem que, necessariamente, se estabeleça
contato com o mesmo, resultando assim, na medição de propriedades físicas de um objeto à
distância (FERREIRA, 2006). Contudo, nos últimos anos, por fornecerem, em tempo quase real,
as principais características associadas aos sistemas meteorológicos, as ferramentas de
sensoriamento vêm auxiliando significativamente na observação e estudo dos mesmos. No caso
de estudos meteorológicos, esta técnica é aplicável tanto aos Satélites quanto aos Radares
Meteorológicos.
O RADAR (Radio Detection And Ranging), é um instrumento de grande importância na
estimativa de precipitação, pois além de cobrir uma área considerável, quando se compara com
pluviômetros, fornece a estrutura tridimensional dos sistemas precipitantes, sendo possível
também acompanhar o deslocamento dos sistemas e quando necessário enviar alertas. Em suma,
o RADAR opera através de um sinal eletromagnético e o recebimento da energia espalhada pelo
alvo que volta para o RADAR. No caso da atmosfera, os alvos são os hidrometeoros (chuva, neve
ou granizo). Nesse sistema, a coleta de dados é feita por uma antena em formato parabólico, para
que se possa transmitir e receber os sinais de radio. Tal antena tem a capacidade de girar 360
graus no azimute e até 90 graus na elevação permitindo que o radar cubra um grande volume de
amostra. Quando a programação de elevações termina os dados são processados e as imagens
geradas. A partir dos dados obtidos pelo radar podem ser elaborados diversos produtos, como
CAPPI's (Constant Altitude Plan Position Indicator) em diversos níveis, PPI (Plan Position
Indicator), Echo-Top, Echo-Base, VIL (Vertically Integrated Liquid), MaxCAPPI e Vento.
A unidade de Refletividade (Z), responsável por caracterizar a grandeza do alvo é dada
em mm6/m3, isso se o comprimento de onda e o diâmetro dos hidrometeoros são expressos em
centímetros. Entretanto, para simplificar, representa-se esse valor de refletividade em decibéis,
que é dez vezes o logaritmo na base 10, portanto tem-se a unidade dBZ. No entanto, alguns erros
podem ser observados nas medições do radar, tais como os erros causados por ecos de terreno,
ecos sem precipitação e erros devido a curvatura da Terra. Em relação a ocorrência de granizo em
uma tempestade, os primeiros trabalhos, como de DONALDSON (1960), basearam-se na
identificação de granizo a partir da distribuição vertical dos ecos de radar.
No dia 15 de novembro de 2010, uma tempestade acompanhada de intenso granizo foi
observada no município de São Lourenço do Sul, causando alguns danos econômicos a
agricultores da região. O presente estudo tem como objetivo realizar uma descrição das condições
atmosféricas associadas a este evento, destacando também a importância da utilização de
ferramentas de sensoriamento remoto como auxilio em análises de tempo severo.
2 – Dados utilizados
Para a realização deste estudo foi considerado o instante em que a tempestade de granizo
atingiu a região de São Lourenço do Sul (FIGURA 1), sendo analisadas diversas informações
meteorológicas disponíveis na Internet.
FIGURA 1 – Localização do município de São Lourenço do Sul-RS (31°21'54"S; 51°58'40 W).
FONTE: Wikipédia.
Foram utilizados os dados da rede de estações de superfície automática do Instituto
Nacional de Meteorologia (INMET), localizadas a 31.2478° S / 50.9057 W (Mostardas),
31.4058°
S / 52.7011° W (Canguçu), 30.8106º S / 51.8347º W (Camaquã), e por fim 32.0333° S / 52.1000°W
(Rio Grande), todas disponíveis no site http://www.inmet.gov.br/. A observação de grande escala e
identificação do possível sistema dinâmico atuante na região foi feita a partir das cartas sinóticas
elaboradas pelo Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de
Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE) e disponíveis no site http://www.cptec.inpe.br/. Tanto as
imagens de RADAR como as de satélite, ambas descritas abaixo, são também oriundas do
CPTEC/INPE.
Um conjunto de imagens geradas pelo satélite METEOSAT-9, com realce de temperaturas
do Canal-9 (10.8 µm) também foram utilizadas. Os satélites geoestacionários europeus são
mantidos pela European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) e
encontram-se a uma altitude de 35.800 km, estando equipados com um sensor espectral capaz de
explorar a superfície terrestre por faixas. Os três espectros do METEOSAT são o Visível (0,45-1,00
µm), o Infravermelho (10,5-12,5 µm) e o Vapor d'Água (5,7-7,1 µm). Essas imagens foram utilizadas
para se verificar a intensidade do sistema a partir da temperatura de topo das nuvens. Neste estudo,
a identificação do grau de atividade convectiva associada ao sistema seguiu o critério proposto por
MACHADO et. al (1993), sendo utilizado uma temperatura do topo de nuvem (TC) menor ou igual a
215 K para identificar convecção intensa, entretanto, trabalhos mais recentes chegam a considerar a
temperatura de -50°C como um bom indicativo de intensa convecção.
Um conjunto de imagens do RADAR localizado no município de Canguçu (31°24’14’’S e
52°42’06’’W a uma altitude de 466,57m) e pertencente ao Departamento de Controle do Espaço
Aéreo (DECEA) foram analisadas. As imagens de radar são do tipo MAXDISPLAY (Max CAPPI) e
fornecem as projeções cartesianas nas direções, norte-sul e leste-oeste, dos valores máximos de
refletividade, observados durante uma varredura volumétrica para um alcance de 400 km e
resolução temporal de 15 minutos. A correlação estimada de intensidade dos produtos de
refletividade (dBz) indicam a intensidade da nebulosidade dos sistemas meteorológicos.
3 – Resultados e discussão
Inicialmente são apresentados e discutidos os dados de superfície das estações
automáticas localizadas no entorno da região de estudo, isso se deve ao fato de não haver
estação meteorológica no município de São Lourenço do Sul. Pela análise dos dados das
estações meteorológicas (FIGURA 2) pode-se observar que o evento foi localizado, onde
observou-se um acumulado de precipitação de 3,2 mm, somente na cidade de Rio Grande
(FIGURA 2.a). As rajadas de vento produzidas pelo sistema foram mais intensas na cidade de Rio
Grande, atingindo valor máximo de 18,1 m/s. A FIGURA 3 apresenta o comportamento das
rajadas na região de contorno do local do evento. As horas que antecederam a chegada do
sistema foram marcadas por significativa queda na pressão atmosférica, sobretudo na cidade de
Rio Grande onde em um período de 24 horas houve queda de 4,7 hPa. A FIGURA 4 apresenta a
variação da pressão atmosférica horas antes da ocorrência do evento.
(a)
(c)
(b)
(d)
Figura 2- Gráficos de precipitação nas estações de superfície: a) estação de superfície de Rio
Grande, b) estação de superfície de Mostardas, c) estação de superfície de Canguçu, d) estação
de superfície de Camaquã.
(a)
(b)
(c)
(d)
FIGURA 3 – Gráficos de rajadas nas estações: a)estação de superfície de Rio Grande, b)estação
de superfície de Mostardas, c)estação de superfície de Canguçu, d) estação de superfície de
Camaquã.
(a)
(b)
(c)
(d)
FIGURA 4 – Gráficos de variação da pressão atmosférica mínima nas estações: a)estação de
superfície de Rio Grande, b)estação de superfície de Mostardas, c)estação de superfície de
Canguçu, d) estação de superfície de Camaquã.
Pela análise das cartas de superfície e altitude é possível verificar o padrão sinótico na
região de estudo. Pela carta sinótica de superfície, referente ao dia 16 de Novembro às 00 UTC
(FIGURA 5), nota-se a existência de um cavado sobre o estado do Rio Grande do Sul. A
circulação associada a essa configuração favorece movimentos ascendentes de ar, que somada a
difluência em altitude devido a presença do Jato Sub Tropical (JST), observado na FIGURA 6,
contribuem para o desenvolvimento de nebulosidade na região.
FIGURA 5 – Carta de superfície do dia
16/11/10.
Linhas cheias e amarelas
representam a pressão ao nível médio do
mar. Linhas tracejadas representam o
geopotencial em 500 hPa.
FIGURA 6 – Carta do nível de 250 hPa do dia
16/11/10. Linhas brancas cheias representam
o geopotencial. Linhas azuis representam as
linhas de corrente. Área sombreada
representa ventos com intensidade acima de
50 Kt. Barbelas representam o vento
observado em nós (Kt).
Por meio dos campos de refletividade obtidos pelo radar (Figura 7), pode-se destacar a
presença de precipitação com intensidade moderada na região de São Lourenço do Sul, a partir
das 1:45 UTC (FIGURA 7.b), a qual se intensifica em poucos minutos, apresentando fortes
valores de refletividade na varredura seguinte do radar, às 2:00 UTC (FIGURA 7.c). A célula de
tempestade destacada nas imagens por círculos, apresentam valores de refletividade superiores a
50 dBz. Esse núcleo de intensa convecção indica alta probabilidade de ocorrência de granizo, pois
de acordo com GOMES et al. (2006) e WALDVOGEL et. al (1979), o granizo está presente
sempre e quando as refletividades de 45 dBZ são observadas 1.4 km ou mais, acima do nível de
congelamento. Essa probabilidade aumenta à medida que essas refletividades excedem ao limiar
de 45 dBZ acima do nível de congelamento. Contudo, às 2:45 UTC, a tempestade se encontra
mais a leste da região, podendo destacar que a mesma apresenta-se em processo de dissipação
na Figura 8.f, visto a diminuição da região de intensa atividade convectiva. Em um estudo
realizado para o estado do Rio Grande do Sul, COUTO et. al. (2009.a) observou pela análise de
cinco casos de granizo por meio de imagens de satélite e de radar meteorológico, que os eventos
também estiveram associados à alta atividade convectiva, bem como a atuação de diversos
sistemas meteorológicos, como Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM), sistemas frontais ou
em regiões de instabilidade atmosférica. Em outro estudo de granizo isolado, COUTO et. al.
(2009.b) evidenciou que a utilização, em conjunto, de dados de radar e de satélite, podem se
mostrar muito eficientes na ausência de dados meteorológicos convencionais, uma vez que esses
eventos se desenvolvem em uma pequena escala espacial e temporal.
(a) 16/11/10 – 01:30 UTC
(d) 16/11/10 – 02:15 UTC
(b) 16/11/10 – 01:45 UTC
(e) 16/11/10 – 02:30 UTC
(c) 16/11/10 – 02:00 UTC
(f) 16/11/10 – 02:45 UTC
Figura 7 – Imagens com campos de refletividade (dBz) obtidas por varreduras volumétricas do
radar localizado no município de Canguçu.
Por meio da imagem de satélite, na região indicada na FIGURA 8, é possível identificar
uma nebulosidade com pequena área sobre a região de São Lourenço, a qual apresenta uma
temperatura do topo de -50 °C. Essa temperatura serve como um bom indicativo da presença de
nebulosidade com topo alto, ou seja, do tipo Cb.
copyright 2007 EUMETSAT
(a) 16/11/2010 – 02:15 UTC
FIGURA 8 – Fragmentos das imagens do satélite geoestacionário METEOSAT-9
mostrando a temperatura de topo de nuvens sobre a região de estudo.
Conclusão
Pela análise dos dados conclui-se que o registro de granizo foi observado pela atuação de
nuvens com forte desenvolvimento vertical, que formaram-se devido à existência de fatores de
grande escala favoráveis. Pelos dados de sensoriamento remoto, foi possível evidenciar a eficácia
da utilização do mesmo na identificação e acompanhamento da evolução da tempestade.
Entretanto, sugere-se o estudo de outros casos, uma vez que a ocorrência de granizo pode causar
grandes prejuízos socio-econômicos, seja quando observado na zona rural ou na zona urbana.
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