Meteorologia por Satélite
Seminário sobre o Catarina:
enfoque sobre as informações
baseadas em satélites
Profa. Leila Maria Véspoli de Carvalho
Monitor: Michel N. Muza
Introdução – Ciclones Tropicais
Definição: Intensos vórtices que se desenvolvem preferencialmente em
regiões oceânicas com temperaturas superficiais acima de 26,5°C e
profundidade da ordem de 80 metros (Charney e Eliassen, 1964).
Furacão é a denominação utilizada nos EUA, América Central e Brasil para
ciclones tropicais cuja a velocidade do vento no centro da tempestade deve
ser superior a 118 km/h. Em outras regiões do globo os ciclones tropicais
recebem diferentes nomes relativo ao mesmo fenômeno meteorológico.
Classificação: Uma escala utilizada a partir da década de 70 para medir a
intensidade dos furacões é a de Saffir-Simpson. Este nome homenageia seus
dois criadores: o engenheiro Herber Saffir e o diretor do Centro Nacional
de Furacões do EUA, Robert Simpson. A escala de Saffir-Simpson considera
a velocidade do vento e os danos causados pelos furacões para dividi-los em
cinco categorias.
Categ.
1
2
3
4
5
Efeito
Velocid.
vento
(km/h)
Mínimo
118 - 152
Raízes de árvores danificadas e derrubada das mais isoladas, ramos
quebrados. Alguns danos em sinalizações públicas e em casas mais frágeis.
Pequenas inundações das estradas costeiras e danos menores nos portos e
áreas costeiros.
Moderado
152 - 176
Árvores tombadas ou partidas. Alguns vidros de janelas são quebrados,
veículos deslocados do chão; desprendimento da superfície de coberturas e
anexos, mas sem danos maiores nas construções principais. Estradas
enterrompidas por risco de inundação ainda antes da chegada do centro do
furacão. Evacuação da população em zonas costeiras.
Significativo
176 - 208
Cheias severas nas zonas costeiras. Árvores arrancadas pela raiz. Alguns
danos estruturais em edifícios pequenos, principalmente nas zonas
costeiras pelo arrastamento de detritos e pelo impacto das ondas. Estradas
costeiras inundadas cerca de 5 horas antes da chegada do centro do
furacão. Evacuação da população até vários quarteirões das áreas costeiras.
Extremo
208 - 248
Destruição e arrasto de árvores, sinalizações públicas, postes e outros
tipos de objectos. Destruição de casas frágeis e danos consideráveis nos
telhados, vidros e portas dos edifícios. Erosão extensiva das praias.
Evacuação da população até cerca de 3 km da costa.
Catastrófico
> 248
A população até cerca de 16 km da costa devem ser evacuada. Destruição
de janelas, portas e dados profundos na estrutura de alguns edifícios.
Tipo de consequências
Estágios dos furacões
Estágio inicial: Caracterizado pelo aglomeramento de nuvens relativamente
desorganizadas associadas a um fraco distúrbio tropical.
Alguns parâmetros essenciais para a transformação de um fraco
distúrbio tropical em uma severa tempestade são:
(a) a região de origem e atuação do furacão deve possuir águas com
temperatura relativamente quente;
(b) a umidade relativa na troposfera média deve ser elevada, visando
manter as nuvens convectivas;
(c) fraco variação vertical do vento, não permitindo a ventilação do
distúrbio.
Estágios dos furacões
Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção
do ciclone.
O desenvolvimento ocorre devido a uma interação de nuvens cumulus e
movimentos de escala sinótica. As tempestades tropicais são uma típica
fonte de calor que se movem e liberam uma grande quantidade de calor
na média e alta troposfera, aquecendo-a e aumentando sua pressão nos
níveis superiores.
Este aquecimento produz divergência
na alta troposfera, que faz com
que o peso da coluna de ar
diminua, causando uma queda de
pressão na superfície.
Estágios dos furacões
Estágio intermediário: representa a fase de desenvolvimento e manutenção
do ciclone.
Diminuindo a pressão em superfície, um sistema de baixa pressão é
estabelecido e ventos de baixos níveis convergem e começam a girar
mais rápido em torno do centro de baixa pressão, devido à força de
Coriolis. Estes ventos carregam o vapor d’água do oceano para o centro
do sistema.
Ao convergir e ascender ao redor do centro de baixa pressão ocorre uma
grande quantidade de liberação de energia devido à troca de fase do
vapor. O centro de baixa pressão então intensifica-se, aquecendo a
coluna atmosférica, causando mais divergência em altos níveis,
estabelecendo-se assim uma reação em cadeia.
Estágios dos furacões
Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e
manutenção do ciclone.
Durante o estágio maduro os furacões apresentam uma estrutura horizontal
de algumas centenas de quilômetros (de 100 a 1000 Km).
Visualmente os ciclones tropicais apresentam um aspecto quase circular, se
estendendo verticalmente através de toda troposfera
(aproximadamente de 10 a 12 Km).
A circulação associada aos ciclones tropicais apresenta uma rotação ciclônica
em baixos níveis, e anticiclônica em níveis superiores. Das observações
sabe-se que os ventos horizontais mais intensos (de 50 a 100 m.s-1) são
concentrados próximos a 100 Km do centro do distúrbio em baixos
níveis. A esta mesma distância são encontradas as mais fortes
atividades convectivas presentes na estrutura do furacão.
Estágios dos furacões
Estágios intermediários: representa a fase de desenvolvimento e
manutenção do ciclone.
Os ventos mais intensos são concentrados próximos a uma região livre de
nuvens convectivas a 100 Km do centro. Essa região é chamada de olho
do furação.
Estágios dos furacões
Fase de decaimento: Último estágio
Os principais fatores que ocasionam o enfraquecimento do furacão são:
•
deslocamento para fora do ambiente quente e úmido;
•
passagem sobre continentes ou grandes áreas de terra;
•
deslocamento para regiões com grande variação vertical do vento.
Esses fatores são associados a:
(i)
diminuição da liberação de calor latente;
(ii) enfraquecimento da divergência em níveis superiores;
(iii) queda da temperatura média na coluna vertical do furacão;
(iv) aumento da pressão de superfície no centro do distúrbio.
O Catarina: enfoque sobre as informações baseadas em
satelites
1) Nuvens nas imagens dos satelites
2) Ventos pelos dados de satelites
3) Convecção em imagens realçadas
Nuvens: Satélite de órbita polar Terra – 26.03.2004 – 13:10 TMG
O Catarina apareceu nas
imagens de satélite
como um sistema
convectivo com um
escudo de nuvens de
forma circular cercado
por um ”olho” livre de
nuvens.
Infravermelho
Visível
nuvens baixas
nuvens com
desenvolvimento vertical
Satélite Terra – 27.03.2004 – 13:55 TMG
As nuvens cirrus
são vistas
divergindo
anticiclonicamente do centro
do Catarina.
Satélite Terra – 27.03.2004 – 16:00 TMG
Enquanto que
nuvens cumulos
e
estratucumulos
são observadas
ciclonicamente
em aspiral
convergindo
para o centro do
Catarina.
25.03.2004 – 09:37 TMG
Nuvens: textura
Ventos do Catarina nas imagens dos satélites
A análise de ventos de cartas meteorológicas associada a
imagens de satélite é geralmente utilizada na
meteorologia operacional como um produto auxiliar na
análise diagnóstica do tempo.
Como exemplo, serão exibidos algumas imagens de
barbelas de ventos junto a imagens no infravermelho do
satélite geoestácionario GOES-12 (~36.000 km de altura)
durante atuação do Catarina no Atlântico Sul,
disponibilizadas pelo Cooperative Institute for
Meteorological Satellite Studies (CIMSS) – University of
Wisconsin-Madison Space Science and Engineering
Center.
Ventos em níveis baixos e médios
Nuvem vírgula
invertida
GOES 24.03.2004 18:00 UTC
Como é calculado a barbela de vento junto a
imagens dos satélites?
Um vetor é obtido através do deslocamento de um alvo
(nuvem) entre duas imagens.
Controle de qualidade da informação:
•Correlação entre os vários vetores representando um
alvo.
•Rejeição de velocidades menores.
•Consistência temporal.
Como é calculado a altura da barbela de vento
junto a imagens dos satélites?
Considera-se que o nível de pressão de um dado vetor é
igual ao nível de pressão onde a temperatura da
atmosfera é igual à temperatura de brilho infravermelho
da nuvem. O CPTEC usa o perfil de temperatura e pressão
da análise do modelo.
Ventos em níveis baixos e médios
GOES 25.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis baixos e médios
GOES 27.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis baixos e médios
GOES 28.03.2004 18:00 UTC
A seguir, serão exibidas imagens de barbelas de ventos
da troposfera superior junto a imagens no infravermelho
do satélite GOES, que mostra o comportamento da
corrente de jato durante a ocorrência do fenômeno
Catarina.
Ventos em níveis médios e altos
GOES 24.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis médios e altos
Ventos com circulação
ciclônica
GOES 25.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis médios e altos
Ventos divergindo
anticiclonicamente
GOES 26.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis médios e altos
GOES 27.03.2004 18:00 UTC
Ventos em níveis médios e altos
GOES 28.03.2004 18:00 UTC
Um dos problemas geralmente observado é quando temse forte cizalhamento do vento na vertical em uma fina
camada da atmosfera. Assim, nas análises nota-se que
embora os vetores sejam colocados em um mesmo nível,
na realidade estão em níveis diferentes próximos entre
si.
O mesmo tipo de diagnóstico de vento pode ser feito
com imagens do vapor d’água. Porém, a umidade na alta
troposfera não é bem representada pelo modelo. Na
literatura alguns estudos utilizam a reanálise do
NCEP/NCAR. Assim, para níveis menores que 300 hPa
os valores de umidade são interpolados linearmente
(considerando 0% em 50 hPa).
Ventos em superfície do Catarina (~10 m de altura) de
estimativas baseadas em sensores de satélites (apenas
sobre o oceano).
Os dados de ventos atualmente disponibilizado pela
NOAA (National Oceanic and Atmospheric
Administration) são:
A direção e intensidade do vento estimada pelo
radiômetro SSM/I (Special Sensor
Microwave/Imager). Essa estimativa tem uma
resolução de 25 km e uma precisão de
aproximadametne 2 m/s. A bordo do satélite de
órbita polar QuikSCAT, oferece um mapeamento
global com uma freqüência em geral de 4 horas.
Estimativas de
vento na
ordem de
75 km/h
Exemplo de estimativa de vento
baseada em satélite durante
ocorrência do Catarina no
Atlântico Sul. Dia 25.03.04
as 20:22 TMG
Barbelas com
ventos acima
de 50 nós
(>100 km/h)
Dia 26.03.04 as 08:45 TMG
Catarina atingiu o
continente.
Dia 26.03.04 as 08:45 TMG
Dia 27.03.04 as 21:15 TMG
Convecção no Catarina mostrada através de imagens
realçadas pelos topos frios de nuvens com grande
desenvolvimento vertical.
Infravermelho realçado (Satélite GOES-12)
Referências Bibliográficas:
HOLTON, JR., 1992: An introduction to dynamic meteorology. Academic
Press 511 p.
HOUZE, R.A., 1993: Cloud Dynamics. Academic Press, 23, 406-436.
http://cimss.ssec.wisc.edu/ (09/10/2004)
LAURENT, H., N. ARAI, B. FOMIN, L.A.T. MACHADO, e M.ªGONDIM,
2002: Extração do vento utilizando imagens de satélite no CPTEC: Nova
versão e avaliação dos dados do WETAMC/LBA e dados operacionais da
DAS/CPTEC. Rev.Bras.Meteor., 17, 113-123.