O ENFOQUE TECNOLÓGICO NA PREVISÃO DO TEMPO, O MEIO AMBIENTE E A ECONOMIA * Cássia de Castro Martins Ferreira **Daniel Mendes RESUMO O presente projeto de Iniciação Cientifica trata de um ensaio de um novo modelo meteorológico voltado para a representação das condições do Tempo Atmosférico, com vistas a melhorar a sua utilização e eficiência em relação aos similares existentes. De uma maneira pioneira e peculiar será realizada a primeira tentativa de estabelecer uma relação abordando uma seqüência rítmica das condições de tempo aplicadas numa projeção sobre a carta hodógrafa. Palavras-chave: Modelo Meteorológico - Carta Hodográfica - Tempo Atmosférico. ABSTRACT The present project of scientific initiation itself treats of an experiment of a new model meteorological advanced for representation from the condition of that atmospheric weather, with intention of to improve her utilization and efficiency in relation at the similar existent. With a manner pioneer and peculiar to accomplish at first experiment of establisher a relation boarding a succession habitual from that atmospheric weather applied at a projection accomplished on a hodographic chart. Key-Words: model of meteorology - hodographic chart - atmospheric weather. * Instituto de Ciências Humanas/Departamento de Geociências ** Instituto de Ciências Humanas/Departamento de Geociências INTRODUÇÃO Desde as mais antigas sociedades humanas, o tempo exerceu um papel preponderante em uma grande diversidade de atividades, a saber, a agricultura e na prática de navegação. Nesse sentido, as nuvens constituem a primeira manifestação visível das condições meteorológicas, apresentando-se em formas que prenunciam ausência de chuvas nas próximas horas ou estados mais severos, como tempestades, e elementos associados (granizo, raios e fortes ventos). A principio, as nuvens eram consideradas como estados mutáveis demais para serem classificadas, mais condizentes com os métodos científicos que se estabeleciam assim como muitos outros objetos de estudo das ciências naturais. Os pioneiros nesse trabalho foram o farmacêutico inglês Luke Howard e o cientista francês Jean-Baptiste Lamarck, que viveram entre os séculos XVIII e XIX. Howard argumentava que, mesmo sendo as nuvens, estados consideravelmente mutáveis, eram governadas pelos mesmos mecanismos distintos que respondem pelas demais manifestações atmosféricas e seria então de grande valia para os meteorologistas a instituição de uma classificação sistemática de nuvens. Esse ponto de vista foi lançado pela primeira vez em seu artigo "On the modification of clouds", onde cita os nomes hoje aplicados às nuvens. LamarcK também cunhou um sistema de classificação baseado em aspectos gerais, mas não ganhou uma aceitação tão generalizada quanto a nomenclatura de Howard, em que termos latinos são aplicados a cada um dos gêneros, à moda da nomenclatura binominal dos seres vivos, pelo taxonomista Carl von Linné (Lineu). A nomenclatura hoje aplicada às nuvens oficializou-se em uma conferência internacional de 1891 – com base no sistema de Howard – que foi consistentemente elaborado durante o século XIX pelo meteorologista sueco Hildebrand Hildebranddson e pelo meteorologista inglês Ralph Abercromby. No atual sistema de classificação, as nuvens são divididas em dez gêneros, cada um dos quais se subdividem em espécies que se excluem entre si. Os gêneros são agrupados em três estágios, correspondentes às nuvens altas, nuvens médias e nuvens baixas, e em um grupo de desenvolvimento vertical, cuja grande extensão cobre alturas ocupadas por mais de um estágio observe a próxima figura. LEGENDA: Altocumulus: massas globulares grossas e cinzentas, vulgarmente denominadas carneirinhos. Cirrostratus: a única indicação de sua presença é um efeito de halo à volta do Sol ou da Lua. Cumulonimbus: grandes nuvens “de tempestade” podem ter 20 km de altura. Figura Ilustrativa – Os três estágios das nuvens. Fonte: National Geographic Magazine pt. (2004). Desenho: Haderer & Muller. 1.1 - A PREVISÃO DO TEMPO & O ENFOQUE TECNOLÓGICO Os esforços de prognóstico tiveram início quando eram mais necessários. Na Inglaterra do século XVII. Edmond Halley, cujo nome batizou o famoso cometa, mapeou os ventos alísios e a monção asiática para auxiliar a navegação. Alvo de tufões, o Japão possui paisagem montanhosa que obriga a população e as indústrias a se concentrarem no litoral, onde são mais vulneráveis a tremores de terra e ondas de marés. Em conseqüência, o Serviço Meteorológico do Japão tornou-se um líder na previsão de tufões na região ocidental do Pacífico Norte e no mar sul da China. Na América do Norte, os Estados Unidos vem sofrendo com tempestades de granizo, nevascas e a mais alta incidência de tornados no mundo – somente em maio de 2004 foram 492 ocorrências. Nas regiões costeiras ameaçadas por furacões vivem nada menos que 50 milhões de pessoas. Sendo assim, uma previsão acurada pode significar a diferença entre a prosperidade e a ruína, a vida e a morte. Os modelos computadorizados que formam a base dos atuais esforços de previsão requerem uma quantidade ainda maior de dados, e sob forma mais ordenada: leituras de pontos situados em uma grade homogênea tridimensional que se estende por toda superfície do globo e também em altitude na atmosfera, atualizadas de hora em hora, ou o que seria melhor, de minuto a minuto. Para complementar essas observações e obter um ponto de partida adequado, os meteorologistas tomam a mais recente avaliação da atmosfera e a projetam no futuro. O resultado é uma “previsão” do presente, que ajudam no preenchimento das lacunas nos dados, complementando o instantâneo do clima atual em toda a grade global imaginária. E isso é obtido com as ferramentas computacionais que permitem aos meteorologistas o vislumbre do futuro – uma abordagem conhecida como “modelagem numérica”. O modelo computacional Deep Thunder, da IBM, gera previsões tridimensionais de curto prazo. Em maio, trabalhando com antecipação de oito horas, ele apontou uma tempestade de raios em Nova York. Sendo que uma previsão para as 20 horas leva em conta a chuva na hora anterior, os ventos verticais em grandes altitudes e a chuva que ainda vão cair. A tempestade se desenrolou da seguinte forma: Às 19 horas, caracterizada como o momento de preparação, as previsões iniciais indicavam um dia quente e úmido. Mas, com a frente fria, os ventos mudaram de direção e aumentou a umidade, formando nuvens. O modelo calculou que zonas turbulentas de ar ascendente se formariam na tormenta. Às 20 horas se caracterizou o auge, enquanto a tempestade seguia para o leste, previa-se que suas nuvens em forma de bigorna iriam provocar chuvas de até 5 centímetros cúbicos em alguns pontos. Depois, dados obtidos por radar confirmaram essa parte da previsão. Às 21 horas a caracterização já era marcada como o declínio. Esgotado seu ímpeto, a tempestade se afastou. “A previsão apresentou uma margem de erro de no máximo 30 minutos”, diz Lloyd Treinish, da IBM. “Para descobrir o erro, às vezes usamos os dados da própria tempestade para rodar de novo o programa”. A previsão descrita se trata de um modelo computacional de Tony Praino e LLoyd Treinish, Thomas J. Watson Research Center, IBM. Essa máquina do tempo é um modelo digital da atmosfera, constituído de dados e equações, e não de ar de vapor d’água. As equações descrevem os principais processos, como correntes de ar, a evaporação, a rotação da Terra e a liberação de calor à medida que há condensação ou congelamento de água. A cada instante, o modelo calcula as condições climáticas em todos os pontos daquela grade global imaginária. Desse modo, os meteorologistas podem elaborar um quadro completo das condições atuais e, em seguida, projeta-lo no tempo a fim de obter uma previsão. No entanto, até os modelos digitais mais sofisticados simplificam drasticamente o funcionamento real da atmosfera. A maioria rastreia condições em pontos a dezenas de quilômetros uns dos outros, mesmo que o tempo real varie enormemente no âmbito de poucos quilômetros – por exemplo, a área afetada por uma tempestade com trovoadas e raios. Cada modelo também apresenta um viés específico: alguns funcionam melhor com furacões; outros são mais eficientes na previsão de tempestade de neve. Os meteorologistas procuram compensar isso recorrendo a diferentes modelos. E tudo isso implica a realização de montanhas de cálculos adicionais. A última palavra, porém não está com os computadores. Uma vez realizado o processamento dos modelos, o resultado é convertido em gráficos de leitura fácil, e a partir daí, os meteorologistas analisam as previsões feitas pelas máquinas. Tendo em vista o tratamento irredutível dos meteorologistas no momento em que afirmam a busca previsibilidade das condições do tempo atmosférico através de uma ciência puramente exata, o mesmo surpreende e se revela como imprevisível e empirista. 1.2 – O TEMPO, O MEIO AMBIENTE E A ECONOMIA Muitos serviços de previsão vão além do clima e levam em conta suas conseqüências na infra-estrutura, no meio ambiente e na economia. Prosseguindo, nos seus relatórios que destacam o caso norte-americano, nos temos vários estados projetospilotos que combinam previsões de nevasca com dados sobre estradas e tráfego, permitindo que os departamentos de rodagem distribuam de maneira apropriada os veículos limpa-neve e os caminhões com sal, atendendo as estradas certas na hora certa. Na Flórida, pesquisadores estão aproveitando a previsão do tempo para viabilizarem alertas antecipados contra incêndios florestais. Em um centro de conferências na Universidade Estadual da Flórida, meteorologistas especialistas em modelos computacionais e engenheiros florestais prestam à máxima atenção quando Phil Cunningham, um professor de meteorologia da universidade descreve o episódio em que um pequeno incêndio queimava uma área florestal da Flórida. Labaredas baixas chamuscavam palmeiras baixas e arbustos, e poucas árvores eram consumidas pelo fogo. Os incêndios florestais são uma das principais ameaças aos subúrbios que crescem cada vez mais na Flórida, onde as terras, antes dedicadas à agricultura, hoje estão tomadas por vegetações rasteiras e árvores, as quais proliferam rapidamente devido ao clima subtropical. “Já vi árvores crescerem mais de 1 metro em apenas um ano”, comenta Gary Achtmeier, um meteorologista e pesquisador do serviço florestal. O longo período de seca entre dezembro e maio, seguida da intensa estação de relâmpagos nos Estados Unidos continentais, aumenta ainda mais o perigo. Incêndios propositais, as chamadas “queimadas preventivas”, ajudam a reduzir os riscos, mas apenas quando o clima é favorável. Ventos quentes podem fazer com que uma queimada desse tipo escape a qualquer controle. O melhor é um tempo calmo – exceto quando a inversão térmica mantém a fumaça ao nível do chão. Então ela pode misturar-se ao vapor d’água e formar uma “superneblina” letal que pode se deslocar rapidamente e bloquear a visibilidade nas rodovias. “Em geral, essas superneblinas surgem quando o céu está limpo, com ventos fracos e visibilidade ilimitada. As pessoas vêm dirigindo a 100, 110 km/h, topam com uma dessas cortinas de fumaça e aí de repente não conseguem enxergar nada além do capô do carro” relata Achtemeier (2005). Assim, conforme Cunningham (2005) às previsões do tempo com simulações digitais dos incêndios estão associadas de modo a prever qual seria o comportamento de uma dessas queimadas preventivas. Destaca a dificuldade dessas previsões, pois segundo ele o fogo cria o seu próprio clima local. A corrente de ar ascendente em um incêndio atrai o ar circundante e provoca ventos que alimentam as chamas. Os pesquisadores, porém, têm a esperança de criar uma ferramenta capaz de dizer aos engenheiros florestais o melhor local e momento para fazer as queimadas, assim como a direção que irá tomar a fumaça. “Em cinco a oito anos”, diz Al Riebau, do programa nacional do Serviço Florestal que está na vanguarda das pesquisas atmosféricas, “os pais de crianças asmáticas poderão ver claramente na tela de seu computador se a fumaça está seguindo ou não na direção de suas casas”. No aeroporto, a percepção da neve quando a temperatura cai abaixo do zero, frequentemente um avião precisa ser descongelado. “Anos atrás se verificava a visibilidade e dávamos um chute com base na experiência” diz Barb Ries, da United Airlines. Mas o que parece ser uma neve imponderável pode ter um elevado conteúdo de água: um cristal incrustado chega a conter até duas vezes mais água do que um cristal normal. Para medir a quantidade de umidade na neve, algumas empresas aéreas recorrem a um instrumento que coleta uma amostra de neve e a derrete, depois mede a umidade e envia os resultados para coordena dores como Ries. Em 2003, uma onda letal de calor com temperaturas ultrapassando os 40°C na Europa, levou à morte mais de 20 mil pessoas, que lotaram os necrotérios com o de Lyon, França. Modelos computacionais prevêem que o aquecimento global pode facilitar ondas de calor e outras condições extremas. Mas talvez nenhum modelo possa jamais reproduzir toda complexidade do clima. 1.3 - A ANÁLISE DAS NUVENS Hamilton inventou o hodógrafo como uma nova maneira de pensar uma trajectória - um ponto do hodógrafo representa o vector velocidade num certo instante e, portanto o hodógrafo representa a variação do vector velocidade com o tempo - o arco de hodógrafo entre dois instantes infinitamente próximos é proporcional à aceleração. Por outras palavras, a "velocidade" do hodógrafo representa a aceleração do corpo. Alinhado a esta concepção teórica somada a contribuição a respeita da climatologia dinâmica instaladas por intermédio da figura de Monteiro, de uma maneira pioneira e peculiar foi realizado o primeiro ensaio estabelecendo uma relação abordando uma aplicação de uma seqüência rítmica e cinemática das condições de tempo projetadas em apenas uma carta hodógrafa. A caracterização demonstra que é possível visualizar de maneira geral os principais tipos de cobertura que atuaram ao longo do mês e do dia nos horários das observações e associar a proporção de céu encoberto através deste modelo meteorológico. Além de visualizar pode-se também quantificar de maneira específica o tipo de cobertura e a proporção de céu encoberto segundo uma determinada direção, segundo um determinado dia e segundo um determinado horário. Na análise do objeto de estudo - nebulosidade - será julgado, primeiramente, como uma variável qualitativa, isto é, apresentam como possíveis valores uma qualidade ou atributo do objeto a ser pesquisado. Nesse sentido, será determinado o gênero (tipo), o espaço e o tempo de cada variável inserida no sistema. Contudo, a carta hodógrafa, realiza nesse sentido uma possibilidade de transcorrer estas variáveis qualitativas, num primeiro momento, em variáveis quantitativas contínuas, isto é, realizar uma contagem que envolve uma medida em números reais. Sendo assim, serão estimados os seguintes valores através dos seguintes cálculos que concerne a Freqüência Absoluta (FA) e a Freqüência Relativa (FR), observem alguns destes cálculos realizados. Nebulosidade Mensal (%). FR = FAw + FAy + FAz x 100 / NTwyz Onde: FR = Nebulosidade Mensal (%). FAw = Nebulosidade Mensal do Horário W. (FAw = FAw1 + FAw2 + FAw3... FAwn). FAw1 = Nebulosidade do horário W no primeiro dia. FAw1 = FA w1n + FA w1ne + FA w1e + FA w1se + FA w1s + FA w1sw + FA w1w + FA w1nw FA w1n = Nebulosidade do horário w na orientação cartográfica norte. FA w1ne = Nebulosidade do horário w na orientação cartográfica nordeste. FAy = Nebulosidade Mensal do Horário Y. (FAy = FAy1 + FAy2 + FAy3... FAyn). FAy1 = Nebulosidade do horário Y no primeiro dia. FAz = Nebulosidade Mensal do Horário Z. (FAz = FAz1 + FAz2 + FAz3... FAzn). FAz1 = Nebulosidade do horário Z no primeiro dia. NTwyz = Nebulosidade Máxima Total (NT) para um mês com três horários pesquisados (WYZ). ☯ Nebulosidade Mensal segundo a orientação cartográfica. FR = FAoc (n,ne,e,se,s,sw,w,nw) x 100 / NTwyz Onde: FR = Nebulosidade Mensal segundo a orientação cartográfica (%). FAoc = Nebulosidade Mensal segundo a orientação cartográfica, esta, pode ser: FAn = norte/FAne = nordeste/FAe = leste/FAse = sudeste/FAs = sul/FAsw = sudoeste/FAw = oeste/FAnw = noroeste FAwn = Nebulosidade Mensal do Horário W para a orientação norte (n). (FAwn = FAwn1 + FAwn2 + FAwn3... Fawn (dias)). FAwn1 = Nebulosidade do horário W na orientação norte (n) no primeiro dia. FAyn = Nebulosidade Mensal do Horário Y. (FAyn = FAyn1 + FAyn2 + FAyn3... FAyn (dias)). FAyn1 = Nebulosidade do horário Y na orientação norte (n) no primeiro dia. FAzn = Nebulosidade Mensal do Horário Z. (FAzn = FAzn1 + FAzn2 + FAzn3... FAzn (dias)). FAz1 = Nebulosidade do horário Z na orientação norte (n) no primeiro dia. NTwyz = Nebulosidade Máxima Total (NT) para um mês com três horários pesquisados (WYZ). 1.4 - O COMPORTAMENTO DINAMICO E SUCESSIVOS DAS CONDIÇOES DE TEMPO Em um dos eventos estudados como no caso do Tempo Atmosférico de Primavera/2005 em foi marcado, principalmente, por atuações de nuvens baixas e nuvens com desenvolvimento vertical – 29,22% e 31,3% respectivamente – demonstrando o reflexo de atuações de sistemas atmosféricos e/ou fatores locais sobre a freqüência dessas condições de tempo visualizados em baixos níveis no decorrer deste período. Nesse sentido foram identificadas também em níveis médios – 2,69% de Altostratus e 10,92% de Altocumulus – e em altos níveis – 3,84% de Cirrus/ Cirrostratus e 10,62% de Cirrocumulus. Prosseguindo, foi possível também descrever a orientação da organização das nuvens de acordo com o gênero mencionado anteriormente. Sendo assim dos 29,22% de nuvens baixas, isto é, Stratus e Stratocumulus, 14,76% tiveram a sua organização orientada no quadrante Setentrional – destacando Noroeste com 3,81%. Sistematizando, nesse sentido, temos o seguinte: Nuvens com desenvolvimento vertical (Cu e Cb): 31,3%.Boreal (16,11%). N (4,22%). Nuvens Médias (Altocumulus): 10,92%. Boreal (5,54%). NW (1,64%). Nuvens Médias (Altostratus): 2,69%. Austral (1,36%). SW (0,44%). Nuvens Altas (Cirrocumulus): 10,62%. Austral (5,38%). E (1,43%). Nuvens Altas (Cirrus/ Cirrostratus): 3,84%.Austral (2,15%). E/ SW (0,63%). No que diz respeito ao comportamento – nuvens baixas (0 – 2.000m de altitude) – apontou-se inicialmente uma organização no setor leste às 11h00minZ / Noroeste às 15h00minZ / persistindo a Noroeste às 19h00minZ. As constatações realizadas pela carta hodógrafa em paralelo com as cartas sinóticas indicam a probabilidade de incursões de massas de ar oriundas do quadrante Austral que provocam esta grande extensão horizontal de nuvens estratificadas observadas nesta orientação no inicio do dia e que no decorrer deste período segue sua trajetória em direção ao quadrante Boreal, mas precisamente a Noroeste. Todavia, o desenvolvimento de nuvens desse tipo é comum quando o ar é forçado a subir, como ao longo de uma frente ou próximo ao centro de um ciclone, quando ventos convergentes provocam a subida do ar. Tal subida forçada de ar estável leva a formação de uma camada estratificada de nuvens que tem uma extensão horizontal grande comparada com a sua profundidade. No dia 26/11/05 as 11h00minZ havia sido coletado 60,4 mm de chuva, resultado de uma atuação de uma Frente Fria introduzida após o deslocamento da Massa Tropical Atlântica que já havia se deslocado inteiramente para o oceano, sendo assim, a sua ultima isóbara se encontrava bastante baixa (1008 mb) em relação ao centro que compreendia 1026 mb na Long. de 5°W e na Lat. de 30°S. Porém está ultima isóbara ainda teve destaque até o período das 19h00minZ do dia 24. Num dia em que a máxima havia sido de 31,5°C e mínima de 19°C, essa massa de ar quente atuando em baixos níveis provavelmente foi a responsável pela produção de um Tempo Nublado compreendendo 2/8 de Cirrus e Cirrostratus na porção E/SE. Já os demais correspondem 3/8 de Stratocumulus na porção N/NE/NW cuja orientação coincide com a atuação de uma ZCAS com uma isóbara de 1008 mb e 3/8 de Cumulonimbus na porção S/SW/W que por sua vez coincidiu com a aproximação de uma Frente Fria. Havia ainda um cavado muito próximo da região da Zona da Mata Mineira NE/N que possivelmente contribuirão para a formação de nuvens oriundas da ZCAS. No dia 25, já, no período das 11h00minZ persistia uma Condição de Tempo Nublado, porém homogênea. O período foi marcado por uma cobertura a médios níveis de Altocumulus. Provavelmente não havia mais a atuação de Massa Tropical Atlântica e consequentemente de Cavado. Contudo foi marcado pelo inicio da atuação da Frente Fria e de uma ZCAS. No momento em que o Tempo Cronológico marcava 12h00minZ o Tempo Atmosférico se caracterizava por atuações de nuvens baixas do gênero Stratocumulus que homogeneamente cobriram todo o espaço correspondente a baixos níveis, provavelmente, associado com a permanência da Frente Fria que neste momento era o principal sistema produtor das condições de tempo, juntos, favoreceram que ocorresse uma precipitação de 9,4 mm. Prosseguindo, a nebulosidade homogenia de Stratocumulus que estavam atuando, no inicio do dia, já não era a mesma. No momento das 19h00minZ já se encontravam desenvolvidos em nuvens de grande desenvolvimento vertical, isto é, em Cumulonimbus associados a fortes Trovoadas. A Frente Fria permanecia ser o principal sistema produtor de tempo, porém havia possibilidade de uma ZCAS estar favorecendo a intensificação de umidade e calor no sistema. Nesse sentido a temperatura máxima chegou atingir 29°C e a umidade relativa a 96%. A partir desse momento ocorreu uma intensa precipitação que resultou num total valor bastante expressivo de 60,4 mm. O resultado dessa observação local não está somente descrita como também registrado na carta hodógrafa de nuvens. Sendo assim, atento para esta parte do resultado deste trabalho como sendo apenas um breve ensaio para o futuro desenvolvimento de um modelo de previsão de tempo. As conclusões que estão sendo obtidas através dos resultados nos demonstram que estes vêm sendo bastante satisfatórios, principalmente no que se trata de demonstrar a repercussão de linhas de instabilidades, isto é, um modelo com viés voltado para tempestades tropicais. Cabe destacar que o presente modelo vem sendo desenvolvido com base na carta hodógrafa se assemelha em alguns aspectos com o modelo computacional Deep Thunder, da IBM no que diz respeito ao prognóstico de uma maneira geral característico dos modelos numéricos que tomam a mais recente avaliação da atmosfera e a projetam no futuro, contudo, se trata de um modelo que vem sendo desenvolvido especificamente para o clima tropical e baseado em cartas hodógrafas ou hodográficas. N 15:00Z 11:00Z 19:00Z 19:00Z 11:00Z NW NE 15:00Z 15:00Z 11:00Z 19:00Z 19:00Z W 11:00Z 15:00Z 15:00Z 19:00Z 11:00Z 19:00Z 11:00Z 15:00Z 15:00Z SW 19:00Z 11:00Z 19:00Z SE 11:00Z 15:00Z S Figura Ilustrativa da CHDEZ/05 (Carta hodógrafa de Dezembro, 2005). E REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATLAS INTERNACIONAL DE NUVENS - OMM. 2ª ed. Tradução por Feirão, R.C.P., Rio de Janeiro: Dnmet, 1972. AYOADE, J.O. Introdução à Climatologia para os Trópicos. 8ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2002. CLOUD ATLAS. Images from the Karlsruhe Wolkenatlas, used with permission from Berhard Muehr. GOODY, R, M e WALKER, J, C, G. Atmosferas Planetárias. São Paulo: Edgard Blucher LTDA, 1996. INVESTIGANDO A TERRA; Versão brasileira. São Paulo: Mc. Graw-Hill do Brasil, 1973. II REGIONAL CONFERENCE ON GLOBAL CHANGE: South America. São Paulo, SP - 06 a 10 de novembro de 2005. MÁXIMO, A e ALVARENGA, B. Curso de Física. 5ª ed. São Paulo: Scipione, 2000. National Geographic Brasil, São Paulo, n. 60, p. 82-102. 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