TEMPESTADES COM TRAJETÓRIAS DE LINHA QUEBRADA
Anatoli Starostin
Centro de Pesquisas Meteorológicas - UFPEL
Av.: Vítor Valpirio, 319- Ap.: 202, Pelotas - RS, 96020-250
e-mail: [email protected]
Reinaldo Olmar Kneib
Faculdade de Meteorologia – UFPEL
Av.: Vinte e Cinco de Julho, 168, Três Vendas, Pelotas – RS, 96065-620
e-mail:[email protected]
ABSTRACT
The severe storms (30 cases) with broken line trajectory are analyzed. The Storm Evolution Trajectories
(SET), on a Relative Coordinate System moving with a passive translation velocity (RCS), are the broken line
trajectories, too. The trajectory deviation occurs because of the variation of the storm evolution direction. The mean
characteristics of SET on RCS are determined. The mean segment length is of 25 km; the mean evolution velocity
is of 25 km/h; the mean evolution segment time is of 1 hour and the mean trajectory deviation angle is of 52°. The
explanation of characteristics values are presented.
INTRODUÇÃO
Em um mesmo dia diferentes tempestades podem se mover com diferentes velocidades. Isso acontece
porque o deslocamento das tempestades é um resultado de dois movimentos: a) deslocamento junto com a massa de
ar com uma Velocidade de Translação Passiva (VTP) e b) deslocamento devido à evolução própria da tempestade,
ou seja, devido ao aparecimento de células novas, ou seja, a velocidade do deslocamento de uma tempestade (Vd) é
uma soma de dois vetores (Figura 1): o vetor da VTP e o vetor da velocidade de evolução da tempestade (Ve). A
VTP para um dia é considerada como uma constante. Além disso, encontram-se tempestades que têm uma
trajetória de deslocamento de linha quebrada. A Figura 2a apresenta o deslocamento da tempestade que ocorreu no
dia 29 de janeiro de 1997. Com a seta larga é mostrada a trajetória desta tempestade que tem uma forma de linha
quebrada. O objetivo deste estudo é analisar as tempestades deste tipo.
MATERIAL E METÓDOS
Foram usadas as imagens de radar (PPI), coletadas no Centro de Pesquisas Meteorológicas (Universidade
Federal de Pelotas). O deslocamento da tempestade foi determinada comparando as posições da mesma tempestade
numa sequência de imagens de radar. Para a análise foram escolhidos 30 tempestades severas com a trajetória de
linha quebrada de 11 dias analisados. Nestes dias sobre o Estado de Rio
Grande do Sul desenvolveram os sistemas convectivos de mesoescala não
lineares.
Figura 1. O vetor da velocidade
do
deslocamento
da
tempestade (Vd) é uma soma
de dois vetores: vetor de VTP e
vetor da velocidade de
evolução de tempestade (Ve).
O desvio de uma trajetória pode ocorrer por várias causas, por
exemplo, 1) se a velocidade de evolução de uma tempestade,
repentinamente, aumentar, ocorrerá o desvio do deslocamento da
tempestade e 2) se a direção da
evolução de uma tempestade,
repentinamente, mudar, também, ocorrerá o desvio do deslocamento da
tempestade (veja Figura 1).
Para determinar a causa deste fenômeno foi feita a analise da
evolução das tempestades, também, no referencial móvel com uma
Velocidade de Translação Passiva (VTP). A Figura 2b mostra a evolução
da mesma tempestade no referencial móvel. Neste caso a trajetória do “deslocamento” da tempestade, também,
apresenta trajetória de linha quebrada. Para determinar a VTP do SCM foi usado um procedimento desenvolvido
por Abdoulaev et.al., (1998). Dentro de um dia a VTP é a mesma para todas tempestades. A VTP, para os dias
analisados, variou de 0 a 41 km/h com direção de 70° a 187°.
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O comprimento do segmento de uma trajetória entre os pontos de desvio é denominada por Lfix (no
referencial fixo, Figura 2a) e por Lmov (no referencial móvel, Figura 2b). O ângulo de desvio de uma trajetória é
denominado por ∆Ad (no referencial fixo, Figura 2a) e por ∆Ae (no referencial móvel, Figura 2b).
Figura 2. Trajetória do deslocamento da tempestade no dia 29 de janeiro de 1997 no referencial
fixo (a) e no referencial móvel (b). Na Figura 2a com a cruz é marcada a posição do radar e com a
seta cinza é mostrada a direção da VTP. A linha reta é a trajetória do radar no referencial móvel e
os números desta reta marcam os horários. Lfix é o comprimento do segmento de uma trajetória
entre os pontos de desvio; ∆Ad é o ângulo de desvio de uma trajetória no referencial fixo (Figura
2a). Lmov é o comprimento do segmento de uma trajetória entre os pontos de desvio; ∆Ae é o
ângulo de desvio de uma trajetória no referencial móvel (Figura 2b).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
a) As características das trajetórias das tempestades no referencial fixo.
Foram calculadas as velocidades de deslocamento
das tempestades ao longo dos segmentos (Vd) e os
comprimentos deles (Lfix). A função de distribuição dos
Lfix é apresentada na Figura 3a. O Lfix varia de 12 a 82
km com um valor médio de 31 km ± 18 km (desvio
padrão). A função de distribuição das Vd é apresentada na
Figura 3b. A Vd varia de 14 a 63 km/h com um valor
médio de 31±13 km/h. Mais da metade dos casos a
velocidade varia entre 20 e 40 km/h. Foi calculada,
também, uma mudança na velocidade de deslocamento
quando a tempestade passa de um segmento para o
próximo, ou seja, uma diferença entre a velocidade de
deslocamento num segmento e a velocidade de
deslocamento no segmento que a tempestade acaba de
passar (∆Vd). A função de distribuição da ∆Vd é
apresentada na Figura 3c. O sinal mais significa que a
velocidade aumenta e o sinal menos significa que a
Figura 3. Funções de distribuição de: Lfix (a);
velocidade diminua. Aproximadamente, metade dos casos
Vd (b) ∆Vd (c) e ∆Ad (d) no referencial fixo.
a velocidade aumenta e na outra metade a velocidade
diminua. Em dois terços dos casos o valor ∆Vd absoluto
não supera 10 km/h, ou seja, na maioria dos casos a velocidade de deslocamento não sofreu grande mudança. A
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função de distribuição do ângulo de desvio da trajetória (∆Ad) é apresentada na Figura 3d. O valor médio do ∆Ad é
igual a 30° ± 16°. Para cada tempestade foi calculado o tempo de ficar num segmento que foi denominado como
∆T. A função de distribuição do ∆T é apresentada na Figura 4. O valor médio
do ∆T é igual a 63 ± 29 minutos, ou seja, uma hora, aproximadamente.
b) As características das trajetórias das tempestades no referencial móvel.
Foram calculadas as velocidades de evolução das tempestades ao
longo dos segmentos (Ve) e os comprimentos deles (Lmov). A função de
distribuição dos Lmov é apresentada na Figura 5a. O Lmov varia de 5 a 53 km
com um valor médio de 25 ± 13 km. Na metade dos caso Lmov varia entre 15
e 30 km. A função de distribuição das Ve é apresentada na Figura 5b. A Ve
varia de 6 a 55 km/h com um valor médio de 25,7 ±11 km/h. Na maioria dos
Figura 4. Função de distribuição
casos (60%) a Ve varia entre 20 e 40 km/h. Foi calculada, também, uma
do ∆T.
mudança na velocidade de evolução quando a tempestade passa de um
segmento para o próximo, ou seja, uma diferença entre a velocidade de evolução num segmento e a velocidade de
deslocamento no segmento que a tempestade acaba de passar (∆Ve). A função de distribuição da ∆Ve é apresentada
na Figura 5c. Aproximadamente, na metade dos casos a velocidade aumenta e na outra metade a velocidade
diminua. Em 60% dos casos o valor ∆Ve absoluto não
supera 10 km/h, ou seja, na maioria dos casos a
velocidade de evolução não sofreu grande mudança. A
função de distribuição do ângulo de desvio da trajetória
(∆Ae) é apresentada na Figura 4d. O valor médio da
∆Ae é igual a 52° ± 28°. A função de distribuição da
∆T, evidentemente é a mesma que está apresentada na
Figura 4. O valor médio da ∆T é igual a 63 ± 29
minutos, ou seja, uma hora, aproximadamente.
Figura 5. Funções de distribuição de: Lmov (a); Ve (b)
∆Ve (c) e ∆Ae (d) no referencial móvel.
Evidentemente, que para observar uma
tempestade com a trajetória de linha quebrada o tempo
de vida da tempestade deve superar, pelo menos, uma
hora. Dentro dos 11 dias analisados foram observados
64 tempestades com tempo de vida maior que uma hora.
As trajetórias de 30 tempestades foram trajetórias de
linha quebrada, ou seja, quase metade de todas
tempestades tinham trajetórias de linha quebrada.
Na maioria dos casos (92%) o ∆Ae foi maior
que 20°, ou seja, a trajetórias de evolução das
tempestades, no referencial móvel, também, apresentam trajetórias de linha
quebrada. Por outro lado, entre ∆Vd e ∆Ve não tem correlação como podemos
ver na Figura 6. Por isso, podemos concluir que a trajetória do deslocamento da
tempestades na forma de uma linha quebrada observada no referencial fixo
ocorre por causa da mudança na direção da evolução da tempestade.
As características médias das trajetórias de evolução das tempestades,
no referencial móvel, são as seguintes: o comprimento do segmento (Lmov) é
igual a 25 km; a velocidade de evolução (Ve) é igual a 25 km/h; o tempo de
ficar num segmento (∆T ) é igual a uma hora e o do ângulo de desvio de
trajetória (∆Ae) é igual a 52°. Existe um relação entre estas características?
Como foi mostrado por Starostin et. al. (2000) a velocidade de Figura 6. Relação entre ∆Vd
evolução das tempestades severas tem um valor modal de 15 a 25 km/h com e ∆Ve.
um valor médio de 22 km/h (foram analisados 248 tempestades). Este valor é
próximo a Ve média para 30 tempestades analisadas neste estudo, ou seja, a Ve média pode ser considerada como
uma propriedade da evolução das tempestades. Por isso, na primeira aproximação, podemos considerar que a
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velocidade de evolução é uma constante. Agora podemos estimar o ∆T. Evidentemente, ∆T = Lmov/Ve = 1 hora.
Porem, como podemos explicar os valores de Lmov e ∆Ae?
c) Estimativa das características das trajetórias da evolução das tempestades de um ponto de vista.
Starostin (1995) mostrou que o campo da nebulosidade Cb (convecção profunda) tem uma estrutura
regular, na forma de células abertas com diâmetro modal de 30-40 Km, que pode ser observada no sistema de
coordenadas móvel com VTP e propôs a seguinte hipótese para explicar este fenômeno: quando uma convecção
alcança o estágio de uma nuvem cumulonimbus, forma-se na troposfera média um sistema de circulação regular de
mesoescala com uma estrutura de células abertas, similares a favos de abelha. Nas arestas deste sistema de
circulação já existem os correntes ascendentes de mesoescala. Evidentemente, que a evolução das tempestades tem
uma preferência de evoluir ao longo das arestas desta estrutura.
A Figura 7 apresenta um esquema deste sistema de
circulação e as duas trajetórias possíveis da evolução das
tempestades. As trajetórias de evolução apresentam trajetórias de
linha quebrada, por causa das peculiaridades da estrutura deste
sistema de circulação (semelhante a favos de abelha). O diâmetro
de uma célula aberta de mesoescala é igual a 40 km. Neste caso
qualquer aresta tem o comprimento de 20 km. Evidentemente, que
o comprimento da aresta é igual ao segmento da trajetória (Lmov),
ou seja, Lmov é igual, também, a 20 km. A velocidade de
evolução (Ve) é igual a 20 km/h, aproximadamente, e por isso ∆T
= Lmov/Ve = 1 hora. E, finalmente, o ângulo de desvio da
trajetória deve ser igual a 60°. As caraterísticas de trajetórias de
evolução das tempestades que foram calculadas são próximas às
características de trajetórias obtidas neste estudo. Ou seja, a
Figura 7. Esquema da evolução das hipótese descrita na parte superior permitiu prever as
tempestades severas do ponto de vista de características gerais da trajetórias de evolução de tempestades
uma hipótese desenvolvida por Starostin severas.
(1995).
CONCLUSÕES
Foram analisados 30 tempestades severas com trajetória de linha quebrada. As trajetórias de evolução das
tempestades, no referencial móvel, também, apresentam as trajetórias de linha quebrada. Por outro lado, entre ∆Vd
e ∆Ve não tem correlação. Isso significa que a causa do desvio da trajetória observado no referencial fixo ocorre
por causa da mudança na direção da evolução da tempestade. As características médias das trajetórias de evolução
de tempestades no referencial móvel são seguintes: o comprimento do segmento (Lmov) é igual a 25 km; a
velocidade de evolução (Ve) é igual a 25 km/h; o tempo de ficar num segmento (∆T ) é igual a uma hora e o do
ângulo de desvio de trajetória (∆Ae) é igual a 52°. A hipótese (Starostin, 1995) sobre a existência, no caso de
convecção profunda, de um sistema de circulação regular de mesoescala com uma estrutura de células abertas,
similares a favos de abelha, permitiu prever as características gerais da trajetórias de evolução das tempestades
severas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Abdoulaev, S., A. Starostin, O. Lenskaia, R.G. Gomes, 1998: Sistemas de mesoescala de precipitações no Rio
Grande do Sul. Parte I: Classificação dos sistemas de mesoescala de precipitações. Revista Brasileira de
Meteorologia, v. 13, n. 2, 57-74.
Starostin, A., 1995: Estrutura de mesoescala e evolução do campo da nebulosidade Cb. Revista Brasileira de
Meteorologia, v. 10, n. 1, 10-18.
Starostin, A., S. Abdoulaev, A. B. Nunes, 2000: Evolução das tempestades severas em sistemas convectivos de
mesoescala não lineares. XI Congresso Brasileiro de Meteorologia, Rio de Janeiro, 16 a 20 de outubro de
2000, anais.
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