FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS
• Zona de forte gradiente de temperatura, umidade e vorticidade.
• Uma zona de confluência ao longo da frente.
• Movimento vertical.
• Grande estabilidade estática.
• Um mínimo relativo de pressão, isto é, uma baixa.
• Mudanças rápidas das propriedades das nuvens e da precipitação.
• Forte cisalhamento vertical e horizontal ao longo da frente.
* Estas propriedades não, necessariamente, coincidem espacialmente ou
movem com a mesma velocidade.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – DEFINIÇÃO
• Estão associadas às ondas baroclínicas de latitudes médias (o cisalhamento
vertical do vento está diretamente ligado a gradientes horizontais de temperatura).
• Agem no sentido de diminuir o gradiente horizontal de temperatura (levando o ar
polar para a região tropical e ar tropical para a região polar).
• Causam variações na distribuição de precipitação e temperatura em quase todo o
país.
Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC.
Fonte: Czarnobai et al., 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – DEFINIÇÃO
• Zona frontal: quando duas massas de ar de diferentes regiões de origem e,
portanto com diferentes características, aproximam-se, formam uma zona de
transição chamada zona frontal, caracterizada pelos elevados gradientes
horizontais de temperatura e umidade (Kousky e Elias, 1982). Em alguns casos
esta zona é bastante abrupta enquanto em outros ela pode ser bastante gradual.
• As frentes são classificadas de acordo com o movimento relativo das massas
de ar quente e fria envolvidas:
• Frente fria (quente): linha de confluência que define o limite entre uma
massa de ar quente homogênea e a zona frontal. Borda anterior
(posterior) da zona frontal, quando o ar frio (quente) avança e substitui
o ar mais quente (frio) (Wallace e Hobbs, 1977).
Esquema que ilustra frente fria e
frente quente para o Hemisfério Sul.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – DEFINIÇÃO
• Quando ocorre o encontro de duas massas de ar, elas não se misturam
imediatamente. A massa mais fria (mais densa) é sobreposta pela massa mais
quente (menos densa), formando uma zona de transição, denominada de frente.
Se a massa fria avança em
direção à massa quente, a
frente é denominada FRIA
Se a massa quente avança em
direção à massa fria, a frente é
denominada QUENTE
Frente Fria
Frente Quente
FRENTES E FRONTOGÊNESE – DEFINIÇÃO
• Frente estacionária: quando não há o avanço do ar frio e quente
relativamente um ao outro.
• Frente oclusa: ocorre quando o setor frio (move-se mais rápido) de uma
frente alcança o setor quente, e o ar quente é forçado a subir. A camada
limite onde a frente fria encontra a frente quente é chamada de frente
oclusa.
Esquema que ilustra frente estacionária para o Hemisfério Sul.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS
• Um sistema frontal clássico é geralmente composto de frente fria, frente
quente e centro de baixa pressão na superfície (ciclone).
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS
• Na superfície frontal, o ar frio e denso ao descer força o ar quente a subir e se
condensar em uma série de nuvens cumuliformes.
• O vento de altos níveis desprende cristais de gelo do topo dos Cbs formando
uma faixa de cirrus.
• A inclinação da superfície frontal está relacionada com a velocidade da frente:
para frentes rápidas (12m/s), a inclinação é de 1 para 50; para frentes lentas
(7m/s), a inclinação é de 1 para 100.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS: SP
• No inverno, o vento dois dias antes da
passagem é de noroeste o que implica
em um ar quente e seco, como mostra a
UR maior para o dia -2 em relação ao dia
seguinte.
• Para o inverno e verão o vento médio no
dia da passagem e nos dois que seguem
são de sudeste, trazendo para São Paulo
ar frio.
Síntese das variáveis meteorológicas na passagem de frentes
frias na cidade de São Paulo (1981-2002).
Fonte: Dametto e Rocha, 2006.
• Diferentemente do inverno no qual a UR
diminui um dia antes da passagem da
frente fria, para o verão há um pequeno
aumento.
• A temperatura sofre um aumento um dia antes da passagem e uma diminuição
um dia depois.
• A pressão diminui um dia antes da passagem e sobe nos dois dias que
seguem.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS
• Mudanças importantes nas condições de tempo são observadas durante a
passagem de uma frente fria, tais como: mudança da direção do vento, presença
de nuvens e precipitação, variações no conteúdo de umidade, decréscimo da
temperatura, aumento da pressão atmosférica, forte cisalhamento vertical e
horizontal (Petterssen, 1956).
• Após a passagem de uma frente fria, normalmente, observa-se queda de
temperatura acentuada, aumento de pressão, rajadas de vento, quando o
gradiente de pressão é intenso, e a precipitação cessa.
• Nas Regiões Sul e Sudeste do Brasil os ventos em baixos níveis têm direção
de nordeste influenciados pela presença da alta subtropical que fica
climatologicamente situada sobre o Oceano Atlântico. Numa situação pré-frontal
o vento gira tipicamente para noroeste e depois para sudoeste e sudeste na
medida em que a frente passa.
Síntese das variáveis meteorológicas na passagem de
frentes frias na cidade de São Paulo (1981-2002).
Fonte: Dametto e Rocha, 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS
• As frentes frias que atingem o Sudeste do Brasil são orientadas na direção
noroeste-sudeste com deslocamento típico de sudoeste para nordeste.
• Algumas frentes atingem latitudes mais baixas, chegando na região amazônica
inclusive, provocando o fenômeno conhecido como friagem descrita em Marengo
et al. (1997).
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO
• Cθe: gradiente na região frontal, onda com altos (baixos) valores na vanguarda
(retaguarda).
• CAθe: advecções positiva (negativa) na vanguarda (retaguarda). O CAθe é um
ótimo identificador para o início de uma ciclogênese.
Imagem de satélite com campos sobrepostos em 850hPa para o dia 30/04/2005 às 18UTC: PNM (hPa) e LC; Cθe(K) e advecção
de temperatura (°C/s*103); CAθe(K/s*103). Fonte: Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO
• Iniciou o processo de oclusão do sistema (CAθe).
• A frente fria estende-se sobre a costa do NEB, organizando e intensificando a
convecção sobre o centro-norte do Brasil.
• Padrão clássico: advecção de ar quente na vanguarda e frio na retaguarda.
• Forte adv. + de θe na vanguarda evidencia a entrada de ar úmido proveniente da
esteira transportadora da zona frontal e do flanco NW do anticiclone a leste.
• Forte adv. - de θe na retaguarda, confirmando o deslocamento de ar seco na
região do anticiclone pós-frontal e mostrando o posicionamento da rampa frontal.
Imagem de satélite com campos sobrepostos em 850hPa para o dia 01/05/2005 às 18UTC: PNM (hPa) e LC; Cθe(K) e advecção
de temperatura (°C/s*103); CAθe(K/s*103). Fonte: Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO
• O Cθe mostra a região oclusa com o rompimento do padrão ondulatório,
formando dois núcleos bem definidos.
• Na vanguarda do sistema, é possível observar uma extensa região apresentando
valores positivos de advecção de θe, conectando-se a vanguarda de outro
ciclone mais ao sul.
• Na retaguarda da frente fria, há uma extensa região com advecções negativas
de θe, indicando seu posicionamento.
Imagem de satélite com campos sobrepostos em 850hPa para o dia 02/05/2005 às 18UTC: PNM (hPa) e LC; Cθe(K) e advecção
de temperatura (°C/s*103); CAθe(K/s*103). Fonte: Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO
• No setor ocluso do sistema, são observadas advecções positivas de θe na
retaguarda do centro do vórtice (entre a oclusão e o anticiclone pós-frontal), com
sentido SW-NE. Essa faixa com advecções positivas de θe atravessa a frente fria,
recebendo um incremento advindo de outra extremidade frontal mais ao sul,
associada a família de ciclones passando em torno dos 55S de latitude.
• Na vanguarda do centro do vórtice (entre a oclusão e frente quente), são
observadas advecções negativas de θe, no sentido SW-NE. Essa faixa com
advecções negativas de θe atravessa a frente fria, estendendo-se para SW onde
corta a frente quente. Tal configuração demonstra claramente a ruptura total do
sistema, apresentando a separação do setor ocluso e a fratura das frentes.
Imagem de satélite com campos sobrepostos em 850hPa para o dia 02/05/2005 às 18UTC: PNM (hPa) e LC; Cθe(K) e advecção
de temperatura (°C/s*103); CAθe(K/s*103). Fonte: Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO
• Síntese para o modelo conceitual do evento: aplicável a sistemas que surgem
próximo a regiões subtropicais e se deslocam para baixas latitudes.
Modelo conceitual para evolução de um ciclone mostrado na baixa troposfera, com campo de pressão, CAθe e frentes: (I) disparo
ciclogenético; (II) perturbação na onda; (III) estreitamento do setor quente; (IV) oclusão e (V) fratura das zonas frontais. Fonte:
Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CICLO DE VIDA
Modelo conceitual para evolução de um ciclone mostrado na baixa troposfera, com campo de pressão, CAθe e frentes: (I) disparo
ciclogenético; (II) perturbação na onda; (III) estreitamento do setor quente; (IV) oclusão e (V) fratura das zonas frontais. Fonte:
Cruz et al., 2008.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO TRIDIMENSIONAL
• Variação de temperatura de até 20°C ao longo do sistema frontal.
Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC.
Fonte: Czarnobai et al., 2006.
Frente Termal – isoterma de 10°C, 24/08/2005 às 00UTC.
Fonte: Czarnobai et al., 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO TRIDIMENSIONAL
• As linhas de corrente na vertical correspondem a 10000 vezes o valor real.
• O centro da circulação ciclônica (em vermelho, latitude 40°S) indica que ocorre
convergência do vento, caracterizando-se assim o centro da baixa pressão.
Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às
12UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.
Velocidade vertical relativa e linha de corrente do vento, 24/08/2005 às
00UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO TRIDIMENSIONAL
• Para a identificação do sistema, geralmente observa-se a área em que ocorre
confluência dos ventos.
• Essa convergência do vento estende-se até 700 hPa, sendo associada à atuação
do sistema frontal.
Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às
12UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.
Convergência do vento, 24/08/2005 às 00UTC.
Fonte: Czarnobai et al., 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – FORMAÇÃO
• Frontogênese: formação ou intensificação de uma frente através do aumento
do gradiente de temperatura (densidade), isto é, quando ocorre um aumento na
concentração de isotermas (isopicnas).
• Mecanismos que favorecem a frontogênese:
• Campo de deformação horizontal (frentes frias entre dois anticiclones).
• Campo de cisalhamento horizontal (confluência de massas de ar).
• Campo de dilatação vertical (região de baixa pressão).
Cisalhamento horizontal.
Deformação horizontal.
Situação sinótica esquemática na qual o
campo de deformação horizontal é dominante
sobre o continente sul americano. Linhas
cheias são isóbaras, linhas tracejadas são
isotermas, as flechas representam o campo do
fluxo no qual o eixo de dilatação é destacado.
Dilatação vertical.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – DISSIPAÇÃO
• Frontólise: enfraquecimento ou destruição de uma frente (Petterssen, 1956)
através da diminuição do gradiente de temperatura.
• Mecanismos que favorecem a frontólise: liberação de calor latente, atrito com a
superfície, turbulência e mistura, e radiação.
• Movimentos verticais diferenciados podem ser frontogenético ou frontolítico.
Movimento vertical.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
Satyamurty e Mattos, 1989
• Dados mensais do National Meteorological Center (NMC) de 1975-1981.
• Função frontogenética depende da deformação horizontal (D) e do campo de
divergência (ς) (Pettersen, 1956):
1
T D cos 2   
2
2 1/ 2
2
 T   T  
T       
 x   y  
 v u 
 u v 
2
2 1/ 2 D  


D

D  D1  D2
1
 x y  2  x  y 




 T 
 D1
 tan   y 
tan(
2

)

   
 D 
 T  Representação esquemática do eixo de dilatação e
2

u v
 x  contração do campo de deformação.


Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
x y
onde  é o ângulo entre o eixo de dilatação e o gradiente de temperatura. Se F é
F


positivo (negativo) as isotermas tendem a se aproximar (afastar) – frontogênese
(frontólise).
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• Regiões frontogenéticas: na ZCPS, sudoeste da África e da Austrália, na parte
sul da AS e no Oceano Atlântico Subtropical.
• A frontogênese no HS é menos intensa do que no HN.
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• Uma linha orientada NW-SE passando pelo Rio de Janeiro separa a região
frontogenética, ao sudoeste, da região frontolítica, ao nordeste.
• As bandas frontogenéticas e frontolíticas no HS são alinhadas NW-SE.
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• Relação com as zonas de convergência do HS (ZCPS e ZCAS).
• Sobre o centro-sul da Argentina, na AN e Japão a função frontogenética é
mais forte em janeiro (verão no HS e inverno no HN).
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• O sul da AS é a única região do HS que apresenta condições frontogenéticas
quase o ano todo.
• A região equatorial não é frontogeneticamente ativa devido ao fraco  T .
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• A região frontogenética mais intensa em janeiro está situada no sul da
Argentina e migra para norte em julho ocupando o noroeste da Argentina e
vizinhança.
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• Relação com as montanhas (Cordilheira dos Andes, Himalaia e Rochosas).
• As ondas baroclínicas de latitudes médias modificam-se ao atravessar os Andes e
interagem com a circulação atmosférica sobre a AS.
ZCPS
Função frontogenética climatológica em 850hPa para os
meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas
tracejadas
(contínuas)
representam
frontólise
(frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA
• Os cavados vindos do Pacífico Sul se desenvolvem como frentes depois de
atravessarem a Cordilheira dos Andes sobre o norte e leste (sul) da Argentina
no inverno e primavera (verão e outono). Estas frentes adquirem um movimento
para nordeste e estão associadas a centros de baixa pressão com movimento
leste-sudeste (Satyamurty e Mattos, 1989).
• As frentes podem se acoplar com mecanismos típicos de convecção,
intensificando-se e permanecendo ativas durante vários dias (meses de primavera e
verão).
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA: CIDADE DE SP
Dametto e Rocha, 2006
• Os dados utilizados para estabelecer a climatologia das passagens frontais na
cidade de São Paulo são as observações diárias entre 1981 e 2002 realizadas na
estação meteorológica do IAG-USP.
• O critério utilizado para a identificação das frentes considerou o giro do vento
meridional do quadrante norte para sul, sua manutenção no quadrante sul por
pelo menos 24 horas e queda de temperatura entre o dia e mais dois dias após
o giro do vento.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA: CIDADE DE SP
• No litoral Sudeste do Brasil, Oliveira
(1986) e Justi da Silva e Silva Dias (2000)
encontraram um número de sistemas
frontais relativamente maior no inverno
comparado ao verão.
• No verão as frentes frias tendem a atuar
por mais tempo (frentes estacionárias),
associadas à Zona de Convergência do
Atlântico Sul (ZCAS), produzindo chuvas
por uma vasta região por muitos dias.
• No inverno, são as principais (senão a
única)
causadoras
das
bruscas
e
acentuadas quedas de temperatura.
Frequência absoluta de frentes frias
sobre São Paulo entre 1981-2002.
Fonte: Dametto e Rocha, 2006.
FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA: CIDADE DE SP
• Os maiores valores de frequência para o intervalo entre uma passagem frontal
e outra são de 3 a 5 dias.
• Presença de eventos extremos: São Paulo fica mais de 15 dias sem ser afetada
por passagem frontal, em ambas as estações.
07/01 – 10/02/1998
05/06 – 28/07/1982
Distribuição de frequência do número de dias de intervalo entre passagens de frentes frias para o verão e inverno (1981-2002).
Fonte: Dametto e Rocha, 2006.
CICLONES E CICLOGÊNESE – REFERÊNCIAS
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Visualização tridimensional de sistemas frontais: análise do dia 24 de agosto de 2005 In: IX
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