ANÁLISE DOS FLUXOS VERTICAIS DE QUANTIDADE DE MOVIMENTO HORIZONTAL
DE UM SISTEMA CONVECTIVO DE MESOESCALA
Cláudia Jacondino de Campos
([email protected])
Faculdade de Meteorologia, UFPel
Michel Chong
MeteoFrance-CNRM Toulouse-França
Itamar Adilson Moreira
PIBIC/CNPq/FMet/UFPel
ABSTRACT
This paper examines the momentum fluxes in a mesoscale convective system, observed on
12/12/92, in the northeast of the TOGA-COARE Intensive Flux Array (IFA: 1ºN-4ºS, 151º-158ºE).
Initially were examined the momentum fluxes in the convective region and after in the stratiform
region. The results confirm that the vertical flux of horizontal momentum (VFHM) parallel to the
convective line has a global effect that tends to reduce the gradient, in both regions of the system,
convective and stratiform. It was also observed that, as in others cases studied, the VFHM for the
component normal to the convective line, presented a configuration that tends to amplify the wind
shear.
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho analisa os fluxos verticais de quantidade de movimento horizontal (TVQMH)
operados pela convecção dentro das regiões convectiva e estratiforme de um Sistema Convectivo de
Mesoescala (SCM) que ocorreu no dia 12 de dezembro de 1992, durante o experimento TOGACOARE (Tropical Ocean Global Atmosphere Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment),
sistema este localizado a NE da IFA (Intensive Flux Array: 1oN-4oS, 151o-158oE). O SCM foi
documentado usando dados coletados pelos radares Doppler embarcados nos dois aviões P3 da NOAA,
além de imagens de satélite, radiossondagens e dados de estações de superfície. Em Campos (1996) a
estrutura básica do sistema convectivo, incluindo a situação sinótica, o seu campo de refletividade e o
campo de vento 3D está documentado. Neste trabalho, foi complementada, a análise da estrutura do
sistema pelo exame dos fluxos verticais de quantidade de movimento horizontal (FVQMH) ocorridos
nas regiões convectiva e estratiforme, separadamente.
A Teoria do Comprimento de Mistura (TCM), que é uma analogia com a difusão molecular, é
freqüentemente utilizada para determinar o FVQMH operado pela convecção, podendo ser escrita
matematicamente, por exemplo como: u ' w' K u , onde K é positivo e representa o coeficiente
z
de troca turbulenta. A TCM supõe, portanto, que o FVQMH ( u ' w' ) ocorre no sentido contrário ao
gradiente vertical de velocidade. Na literatura, o termo ‘downgradient’ é utilizado se a TCM se
verifica; no caso contrário, emprega-se o termo ‘upgradient’ ou ‘countergradient’ (LeMone et al.,
1984). Neste trabalho definiremos os termos: ‘downgradiente’ como redutor do gradiente e
‘upgradiente’ como amplificador do gradiente.
Nas seções seguintes serão apresentados o procedimento de coleta e análise dos dados. Em
seguida os resultados obtidos para os FVQMH para o SCM do dia 12/12/92 serão apresentados.
2. COLETA E ANÁLISE DOS DADOS
Os dados utilizados neste trabalho foram coletados pelos radares Doppler embarcados nos
aviões P3 da NOAA, numa missão ocorrida no dia 12/12/92, na região de águas quentes do Pacífico
oeste, durante TOGA-COARE. Esses aviões utilizando a técnica de varredura "Fore/Aft" (Jorgensen e
DuGranrut, 1991) descreveram trajetórias paralelas coordenadas, primeiramente ao longo da linha
convectiva e em seguida dentro da região estratiforme do sistema. A combinação das porções paralelas
das trajetórias de cada avião foram utilizadas para obter o campo de vento 3D, usando a técnica
variacional EODD (Extended Overdetermined Dual-Doppler) descrita por Chong e Campos (1996).
Esta técnica foi aplicada primeiro aos dados coletados entre 18:16-18:26 UTC (região convectiva) e em
seguida aos dados coletados entre 19:50-20:21 UTC (região estratiforme), os dois campos de vento 3D
obtidos (Figuras 1a e 1b, respectivamente) foram utilizados para os cálculos dos FVQMH.
O processo de análise utilizado para estudar o FVQMH operado pela convecção organizada em
linhas, consiste em considerar separadamente as componentes do movimento perpendicular (u) e
paralelo (v) à linha convectiva. Assim, separa-se as componente do vento em componentes médias e
em perturbações, sendo essas componentes calculadas num sistema de coordenadas com o eixo x
perpendicular à linha convectiva, positivo na direção de deslocamento do sistema. No presente caso,
considerou-se o sistema de coordenadas no qual a componente u, perpendicular à linha convectiva, é
positiva na direção de deslocamento da linha (238o/SO) e a componente v, paralela à linha, é positiva
para 148o (S-SE). Os campos de vento apresentados nas Figuras 1a e 1b foram os utilizados para os
cálculos. Negligenciando as flutuações de densidade, o FVQMH total perpendicular à linha convectiva
N
uw , é calculado usando a relação: uw u ' i w'i U W , onde N é o número de pontos i em
N i 1
cada nível; U W representa o FVQMH associado ao movimento médio; u ' w' representa o FVQMH
perturbado; U e W representam o vento médio em cada plano vertical.
3. RESULTADOS
As Figuras 2 e 3 mostram os perfis de vento médio perpendicular ( U ) e paralelo ( V ) à linha
convectiva. Nas Figura 4 e 5 os perfis de FVQMH total e perturbado, perpendicular ( uw e u ' w' ) e
paralelo ( vw e v' w' ) à linha convectiva são apresentados. As Figuras (2 e 4) e (3 e 5) referem-se
às regiões convectiva e estratiforme, respectivamente.
Comparando as figuras 2 e 4 (região convectiva) nota-se que:
a) o FVQMH transverso ( uw ) é amplificador do gradiente abaixo de 7 km e redutor do
gradiente acima deste nível. O efeito global é um aumento do cisalhamento do vento transverso. Os
perfis de uw e u ' w' indicam que a maior parte do transporte é devido ao movimento médio.
b) o FVQMH paralelo a linha ( vw ) é redutor do gradiente até 8 km e amplificador do
gradiente acima deste nível. O fluxo perturbado v' w' é positivo e tem uma contribuição importante
abaixo de 3,5 km. Os fluxos médio e perturbado contribuem para diminuir o cisalhamento do vento
paralelo.
Comparando as figuras 3 e 5 (região estratiforme) nota-se que:
a) o FVQMH transverso uw é amplificador do gradiente abaixo de 2 km e entre 3.5 e 9 km.
Fora destes limites ele é redutor do gradiente. Essa configuração tende a aumentar o cisalhamento do
vento transverso.
b) o FVQMH paralelo à linha ( vw ) alterna fluxos redutores e amplificadores do gradiente. O
fluxo perturbado v' w' positivo tem uma contribuição mais importante abaixo de 6 km. Os fluxos
médio e perturbado contribuem para diminuir o cisalhamento do vento paralelo.
Esses resultados quando comparados com aqueles obtidos por LeMone e Moncrieff (1994), ao
estudar o comportamento global de vários casos observados, mostra o caráter clássico do sistema
convectivo observado.
4. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho confirmam que o FVQMH paralelo à linha convectiva tem
um efeito global que tende a reduzir o gradiente, tanto na região convectiva como na estratiforme do
sistema. Observou-se também que como em outros casos estudados, o FVQMH pela componente
perpendicular à linha convectiva apresentou uma configuração que tende a amplificar o cisalhamento
do vento.
Os resultados apresentados neste trabalho representam mais um passo para a compreensão dos
sistemas convectivos que ocorrem sobre a região do oceano Pacífico oeste. Estudos mais detalhados
serão feitos para comparar o impacto de cada uma das regiões (convectiva e estartiforme) sobre o
ambiente.
5. BIBLIOGRAFIA
CAMPOS, C.R.J., 1996: Etude des Sistèmes Précipitants Convectifs par Radar Doppler
Aéroporté: Aplication a un cas de TOGA-COARE. Tese de doutorado, UPS- França, p. 146.
CHONG, M.; C.R.J., CAMPOS, 1996: Extended overdetermined dual-Doppler formalism in
sinthesizing airborne Doppler radar data. J. Atmos. Oceanic Technol., 13, 581-597.
JORGENSEN, D.P.; J.D. DuGRANRUT,1991: A dual-beam technique for deriving wind fields from
airborne Doppler radar. Anais da 25a Radar Meteorology Conf., Paris, Amer. Meteor. Soc., 458461.
LEMONE, M.A., G.M. BARNES; E.J. ZIPSER, 1984:Momentum fluxes by lines of cumulonimbus
over the tropical oceans. J. Atmos. Sci., 41, 1914-1932.
_____________ ; M.W. MONCRIEFF, 1994: Momentum and mass transport by convective bands:
comparison of highly idealized dynamical models to observations. J. Atmos. Sci., 51, 281-304.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPERGS pelo apoio financeiro. O terceiro autor agradece ao CNPq
pela concessão da bolsa de iniciação científica.
(a)
(b)
Figura 1 - Fluxo horizontal relativo e isolinhas de refletividade em z = 0,5 Km, para a
região convectiva (a) e estratiforme (b) do sistema. O norte é ao longo do eixo y
e a origem do domínio analisado é 160.55 E, 0.821 N.
Figura 2. Perfis de vento: -perpendicular ( U )
e -paralelo ( V ) à linha convectiva
(para região convectiva do sistema).
Figura 3. Perfis de vento: -perpendicular ( U )
e -paralelo (V ) à linha convectiva
(para região estratiforme do sistema).
Figura 4. Perfis de fluxos verticais de quantidade de movimento total (
uw e vw ) e perturbado
( u w e v w ), perpendicular a linha convectiva ( painel esquerdo, para u ) e paralelo
a linha convectiva ( painel direito, para v ), para região convectiva do sistema.
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Figura 5. Perfis de fluxos verticais de quantidade de movimento total (
uw e vw ) e perturbado
( u w e v w ), perpendicular ( painel esquerdo, para u ) e paralelo ( painel direito, para
v ) à linha convectiva ( para região estratiforme do sistema ).
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