Massas de Ar e Frentes
Lecture 8
Massas de Ar
• As massas de ar resultam das variações na intensidade do
aquecimento, que ocorre próximo à superfície da Terra, assim como
da disponibilidade de água. A classificação das massas de ar é
baseada nas diferenças de temperatura e umidade. As distribuições
verticais de temperatura e de umidade também são importantes
para indicar a maneira pela qual as massas de ar formam-se.
• Aqui as massas de ar serão classificadas de acordo com a
temperatura (polar ou tropical) e com a umidade (marítima ou
continental). Os tipos são:
– polar continental – cP
– polar marítima – mP
– tropical marítima – mT
– tropical continental – cT
Polar Continental (cP)
and Continental Arctic/ Antarctic (cA, CAA)
A massa de ar polar/arctica continental é :
– fria,
– seca,
– estável,
– geralmente rasa (de 3 a 4 Km de profundidade).
•
A densidade da massa de ar cP/cA cria pressão alta na superfície e um cavado no ar
superior, especialmente quando cP/cA desloca-se para latitudes mais baixas.
•
Precipitação em associação com a massa de ar cP/cA ar é geralmente fraca devido a
baixa umidade.
•
A precipitação é mais comum nas "bordas" da cP/cA, especialmente quando essa
massa avanca e substitue mT.
•
Precipitação ocorrendo dentro de uma massa de ar cP/cA é elevada e dinamicamente
induzida. Os mecanismos dinâmicos de movimento ascendente incluem “jet streaks”
(vento maximo local no ar superior – nivel do corrente de jato), efeitos isentrópicos e
advecção de vorticidade ciclônica.
•
Temperaturas baixas na superficie e uma camada de limite seco inibe a convecção
termodinâmica.
•
Esta massa de ar origina-se nas regiões polares dos continentes, tais como a Sibéria, o norte do
Canadá e a Antártica. É formada pelo processo de resfriamento radiativo e é particularmente fria no
inverno. A superfície terrestre perde radiação infravermelha para o espaço e, em virtude da radiação
solar incidente, se houver alguma, chegar em ângulo oblíquo na superfície, esta resfria-se. Pelo
processo de condução, o ar em contato com a superfície também se resfria. Isto rapidamente
estabelece uma taxa de variação vertical de temperatura bastante estável e, eventualmente, uma
inversão é criada.
•
Simultaneamente, no topo da inversão ocorre um resfriamento radiativo devido à divergência do
fluxo radiativo, enquanto o resfriamento radiativo prossegue na superfície. Isto resulta num
aprofundamento da camada de inversão e, portanto, num aprofundamento de massa de ar. A Figura
abaixo ilustra o aprofundamento bem como o resfriamento da massa de ar em função do tempo. O
céu deve estar limpo para que o resfriamento radiativo seja significativo.
z
}
Topo da inversão
}
T
Inversão
• Quando uma massa de ar é deslocada de sua regão de origem, suas
características são modificadas pela superfície subjacente.
• Considere-se agora o que acontece quando uma massa de ar polar
continental, desloca-se em direção ao equador. Em geral, a superfície da
Terra é mais quente em latitudes mais baixas, então ocorre aquecimento
por baixo.
• Isto atua para instabilizar a porção inferior da massa de ar. Se o
aquecimento for muito intenso, como pode ser o caso durante o outono, o
verão e a primavera ou quando a massa de ar passa sobre regiões
constituídas por águas mais quentes, pode ocorrer convecção.
• Se houver suprimento de água para o ar, seja por uma superfície úmida ou
por um oceano ou lago descongelado, a convecção pode-se fazer visível
através das nuvens cumuliformes que se desenvolvem, geralmente do tipo
de bom tempo.
• Como essa massa de ar é seca e a mistura ocorre à medida que a massa de
ar desloca-se em direção ao equador, as visibilidades tornam-se
excelentes e o céu de um azul brilhante.
Abaixo está uma imagem do GOES-E em 15 de fevereiro de 2007. Observe as bandas de nuvens sobre os
Grandes Lagos dos EUA, bem como o desenvolvimento de nuvens fora da Costa Leste, à medida que o ar
frio do Canadá, atravessa os Grandes Lagos e, em seguida, sobre o Atlântico ocidental. Muitas destas
bandas de nuvens provavelmente produziram neve que aumentou à cobertura de neve já existente
resultante de uma tempestade de uma escala sinótica dois dias antes.
Grandes Lagos
Ar Frio
Polar Marítima (mP)
•
•
•
Em geral, a massa de ar polar marítima forma-se sobre áreas oceânicas em latitudes
altas e médias. As características gerais desta massa de ar na sua região de origem são:
– fria,
– úmida,
– instável,
– profunda (estende-se através da troposfera).
Quando esta massa de ar atinge a costa oeste de um continente ela começa a perder
umidade. No caso das Américas do Norte e do Sul, o ar é forçado a subir extensas
cadeias de montanhas. À medida que o ar sobe e se resfria, ocorre condensação que
resulta em precipitação abundante. A influência que as características do terreno
exercem na formação dos fenômenos meteorológicos locais é chamada efeito
orográfico.
No lado leste ou a sotavento das montanhas o ar sofre subsidência e é aquecido por um
processo próximo do adiabático seco. Em geral, o ar chega na base das montanhas mais
quente e mais seco do que estaria no mesmo nível a balarvento das montanhas. A
diferença na temperatura estaria aproximadamente equivalente à quantidade de calor
liberado pelo vapor d’água que se condensa à medida que o ar sobe no lado oeste das
encostas.
Efeito Orográfico
Liberação
de calor
latente
}
Precipitação
máxima
Aquecimento
Adiabático
Seco
Sombra da chuva
Tropical Marítima (mT)
•
A massa de ar tropical marítima forma-se sobre águas quentes tropicais ou subtropicais. Uma vez que o calor e
a umidade são supridos por baixo, esta massa de ar é caracterizada frequentamente por convecção. Na sua
região de origem ela é:
– quente,
– úmida,
– instável,
– profunda.
•
A massa de ar tropical marítima é, geralmente, condicionalmente instável, isto é, a partir do levantamento do
ar esta torna-se instável convectivamente e nuvens cumulus crescem rapidamente.
•
Considere-se uma situação de inverno quando os continentes em latitudes médias e altas são bastante frios. À
medida que a massa de ar tropical marítima avança em direção ao pólo sobre o continente mais frio ocorre
resfriamento por baixo que resulta em uma mass d ar mais estável e, eventualmente, formação de nevoeiro
com baixa visibilidade. Este processo também ocorre em áreas oceânicas. Quando a massa de ar mT move-se
sobre águas mais frias, nevoeiros muito densos desenvolvem-se. A Inglaterra é famosa pela sua atmosfera
enevoada, principalmente devido a esse mecanismo.
•
Durante o verão as situações diurnas e noturnas devem ser consideradas separadamente. À noite, a massa de
ar é resfriada por baixo e a formação de nevoeiro é comum. Em geral, os nevoeiros de verão tendem a ser
menos persistentes e mais rasos que os nevoeiros de inverno. Durante o dia, ocorre forte aquecimento que
rapidamente dissipa qualquer nevoeiro presente e serve para aumentar a instabilidade dessa massa de ar
instável. Isto resulta em numerosas pancadas e tempestades. O tempo no verão na maior parte do Brasil,
particularmente na Região Amazônica, é bastante influenciado por esse tipo de atividade.
Tropical Continental (cT)
• A massa de ar tropical continental forma-se em regiões
desérticas. Suas carcterísticas são:
–
–
–
–
quente,
seca,
instável,
profunda.
• É frequentemente encontrada no Saara, na região oeste dos
Estados Unidos e, em algum grau, embora numa forma
modificada, sobre o interior do Brasil, Bolívia e Paraguai
durante o fim do inverno, antes do início da estação chuvosa.
Frentes
As massas de ar deixam as suas regiões de origem em resposta às
configurações do escoamento em níveis altos e baixos. Tem-se como exemplo
o esquema ilustrado na Figura abaixo. As massas de ar frio movem-se em
direção ao equador a oeste de um cavado de ar superior.
Frio
HN
Cavado
Quente
Crista
Quente
Frio
Crista
Cavado
HS
• Quando duas massas de regiões diferentes de origem, e
portanto com características diferentes, aproximam-se, uma
zona de transição desenvolve-se. Em alguns casos esta zona,
chamada zona frontal, é bastante abrupta enquanto em
outros casos ela pode ser bastante gradual.
• Quando o ar frio está avançando e substituindo o ar quente, a
borda anterior da zona frontal é marcada por uma frente fria
• Na borda posterior de uma zona frontal, quando o ar quente
está avançando e substituindo o ar frio, define-se uma frente
quente.
• Quando nenhuma das massas de ar está avançando, a frente
é chamada frente estacionária
HN
Frio
Zona Frontal
Frente Fria
Frente Quente
Frio
Quente
Quente
Zona Frontal
Frio
Zona Frontal
Frente Estacionária
Quente
HS
Zona Frontal
Quente
Frio
Zona Frontal
Frente Quente
Quente
Frente Fria
Frio
Quente
Frente Estacionária
Zona Frontal
Frio
Oclusão
Quente
Fria
Fria
B
Frente
Oclusa
Advecção Térmica ≡ –VT
HN
Advecção Quente
Frio
T6 > T1
L
T1
T
T
T2
V
T3
T
V
Advecção Fria
T4
T5
T6
Quente
T
Advecção Térmica ≡ –VT
HS
T6
T5
Quente
T4
Advecção Quente
T3
T6 > T1
T2
T1
a
V
T
a
L
b
V
Frio
Advecção Fria
T
T
b
T
• Dados de superfície, tais como os de vento, pressão, tendência de pressão,
tempo e temperatura são úteis para localizar frentes numa carta de
superfície.
•
Estes parâmetros são indicadores melhores das frentes durante a tarde e
nas primeiras horas da noite, ou seja, quando o aquecimento da Terra pelo
Sol “misturou” quaisquer das inversões radiativas existentes no final da
noite anterior.
• Durante as útimas horas da noite e primeiras horas da manhã, em
algumas estações (possivelmente em virtude da topografia), os ventos
podem ser calmos e, portanto, as temperaturas serem mais baixas do que
se os ventos continuassem a soprar.
• Este efeito pode distorcer o campo de temperatura à superfície,
dificultando a detecção de frentes fracas.
• Neste caso, a equação da espessura torna-se útil. Uma vez que a
espessura é dependente da temperatura média da camada, escolhendo-se
uma camada suficientemente espessa, as variações à superfície, tais como
as descritas acima, não distorcerão o valor de Tm de modo apreciável.
Assim sendo, a análise de espessura às 12 UTC é muito útil na análise de
frentes à superfície.
Características Frontais
• Frente Fria – o vento muda de norte/noroeste para
sudoeste, sudeste ou sul, acompanhado por um aumento
de pressão e queda na temperatura e no ponto de
orvalho. Precipitação convectiva pode ocorrer na
vizinhança da frente.
• Frente Quente - ventos mudam de leste-sudeste, leste
ou leste/nordeste para o norte or noroeste, geralmente
acompanhado por um aumento na temperatura e
umidade. Precipitação constante e neblina as vezes
ocorrem antes da passagem de uma frente quente.
Frente Fria Climatologia para a
América do Sul
• Durante o outono e inverno as frentes frias
podem resultar em geadas em latitudes
subtropicais.
• Frentes frias que se deslocam lentamente podem
estar associada com chuvas fortes durante o ano
• Incursões de frentes frias em regiões subtropicais
ocorrem durante todo o ano.
Critérios objectivos para passagens de Frente Frias
• Diminuicao na Temperatura em 925-hPa de pelo
menos 2C
• Aumento na pressão do nível do mar de pelo
menos 2 hPa
• 925-hPa vento ao sul de pelo menos 2 m/s
Climatologia de Frentes Frias: Número Médio Anual
Climatologia de
Frentes Frias: Número
Médio Sazonal
Climatologia de Frentes Frias : Mensal
Climatologia de Frentes Frias : Mensal
Climatologia de
Frentes Frias
Friagens “Cold-Air Outbreaks” – JFM 1979
Frentes Frias, baseado nos critérios
objectivos (linhas pontilhadas)
Friagens “Cold-Air Outbreaks”– AMJ 1979
Frentes Frias, baseado nos critérios
objectivos (linhas pontilhadas)
Friagens “Cold-Air Outbreaks”– JAS 1979
Frentes Frias, baseado nos critérios
objectivos (linhas pontilhadas)
Friagens “Cold-Air Outbreaks”– OND 1979
Frentes Frias, baseado nos critérios
objectivos (linhas pontilhadas)
Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1982
Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1985
Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1986
Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1991
Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1996
Eventos de Geada Subtropicais
•
•
•
•
•
América do Sul e Sul da África
Maio a agosto
Condições necessárias
Evolução Sinótica
Impactos
Critérios para casos de geada no
Brasil
• NCEP/NCAR Reanalysis
Temperatura minima em 2 m
(Tmin) < 3C
Região: 22.5-27.5S, 50-55W
(inclui áreas agrícolas em partes
do sul e sudeste do Brasil)
Tmin para
março a
setembro de
2000, 2001 e
2002
Geada
Possível
Geada forte
em muitas
áreas
Nota: Precisa
validar os
dados de
reanálise
Possíveis casos de Geada (casos com Tmin < 0C estão em italica)
1958 -------------
1973
-------------
1959 15 Aug.
1974
13 June; 17 Aug.
1960 21-23 May; 25 June
1975
8 June; 17-19 July
1961 15-17 June
1976
15 Aug.
1962 29-31 May; 17-18 July
1977
17-18 May
1963 17-22 June; 5-6 Aug.
1978
31 May-2 June; 13-15 Aug.
1964 29-30 June; 28 July
1979
31 May-1 June; 17-18 July
1965 11-12 July; 21-22 Aug.
1980
26 June
1966 6-7 Aug.
1981
18-20 June; 19-21 July
1967 7-9 June; 23 July
1982
--------------
1968 17 May
1983
--------------
1969 10-11 July
1984
28 June; 26-27 Aug.
1970 24 June; 9-10 Aug.
1985
7-8 June
1971 13-14 June
1986
1 June
1972 9-11 July
1987
17-19 June; 24 June
Possíveis casos de Geada (cont.)
1988 1-2 June; 5-6 June; 25-26 July
1989 6-7 July
1990 22-23 May; 21-22 July; 28-31 July
1991 24 July; 2-4 Aug.
1992 20 July; 23-24 July
1993 8 July; 14-16 July; 31 July-2 Aug.
1994 25-28 June; 9-11 July; 4 Aug.
1995 --------------1996 29-30 June
1997 --------------1998 ---------------
1999 14-16 Aug.
2000 12-14 July; 17-21 July, 23 July
2001 20-22 June; 28 July; 17 Sep.
2002 1-3 Sep.
Situação Sinótica - América do Sul
Crista
SLP (hPa)
Cavado
• Amplificado padrão de onda, com uma
crista sobre o leste do Pacífico e um
cavado sobre o Atlântico e sul do Brasil.
• Alta intensa na superfície atravessa as
montanhas dos Andes e move-se para o
norte na região subtropical da América
do Sul.
Evolução
Forte impulso de ar frio
para o norte ao longo das
encostas leste dos Andes,
as vezes cruza o equador.
Situação Sinótica – Sul da Africa
Crista
SLP (hPa)
Cavado
• Amplificado padrão de onda,
com a crista sobre o leste do
Atlântico e o cavado sobre o sul da
África.
• Uma alta na superficie entra o
sul da África e move-se para o
norte sobre o continente.
Evolução
Evolução das características de grande escala no ar superior que
levam a grandes friagens (cold air outbreaks) na América do Sul
• A amplificação de um padrão de onda longa sobre o
Pacífico até 5 dias antes do evento
• Uma crista amplifica sobre o Pacífico leste e um cavado se
intensifica sobre a América do Sul 2-3 dias antes do evento
• A crista atinge intensidade máxima sobre a ponta sul da
América do Sul pouco antes do evento
• O gradiente de pressao entre a crista e o cavado rio abaixo
sobre o Atlântico ocidental favorece o avanço norte do ar
frio para latitudes subtropicais
Pontos de Referência para os Compostos
Point
PontosReference
de
Referência
Compostos baseados numa
passagem frontal em 25S, 52.5W
Compostos para Julho:
Anomalias de Altura
Geopotencial em 500hPa (1979-2002, 62
casos)
Compostos para Julho:
Anomalias de PNM
(1979-2002, 62 casos)
Compostos para Julho:
Anomalias de T em
925 hPa
(1979-2002, 62 casos)
Compostos para Julho:
Anomalias de T em
925-hPa
(1979-2002, 62 casos)
Compostos para Julho:
Anomalias de PNM
(1979-2002, 62 casos)
SLP
Anomalies
Exemplo: janeiro de 1994
: 1-15
January
1994
Precipitat
Exemplo: janeiro de 1994
ion: 1-15
January
1994
Comp. para Julho Características em 30S, 52.5W
Passagem frontal,
indicada pela seta
vermelha.
Resfriamento
começa antes da
passagem frontal,
provavelmente
devido ao
aumento de
nebulosidade e
precipitação.
Características incluem:
• aumento em PNM
• queda de T925
• Vento de Sul
• queda da altura
geopotencial em 500
hPa
• aumento em precip
Lead
Lag
Comp. Para Julho Características em 25S, 52.5W
Passagem frontal,
indicada pela seta
vermelha.
Características incluem:
• aumento de PNM
• diminuição em T925
• Vento de Sul
• caindo 500-hPa
geopotential
• aumento em precip
Lead
Lag
Julho Comp. Características em 20S, 52.5W
Passagem frontal,
indicada pela seta
vermelha.
Características incluem:
• aumento de PNM
• queda de T925
• Vento de Sul
Lead
Lag
Julho Comp. Características em 15S, 52.5W
Passagem frontal,
indicada pela seta
vermelha.
Características incluem:
• aumento de PNM
• queda de T925
Lead
Lag
• Vento de Sul
Evolução das características de grande escala no nível de superfície
que levam a grandes friagens (cold air outbreaks) na América do Sul
• Sistema de alta pressão de superfície se intensifica no Pacífico
leste próximo a 90W 3-5 dias antes do evento
• Ciclogênese de superfície ocorre sobre ou ao longo da costa leste
da América do Sul 2-3 dias antes do evento
• A baixa na superficie se desloca para sudeste sobre o Atlântico e
a alta se desloca para o norte sobre a América do Sul 1 dia antes
do evento
• Pressão anomalamente alta ocorre entre 20S e 30S sobre o
continente no momento do evento
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Períodos Chuvosos no Sul do Brasil
Características de circulação composta para os casos de chuvas
intensas no Sul do Brasil (SSBR, 28-31S, 51-54W e NSBR, 2326S, 48-51W) incluem:
1.
2.
3.
PNM anomalamente baixa na região
Baroclinicidade reforçada sobre a região, indicando a presença
de uma zona frontal, e
Circulação ciclônica anômala em baixas niveis sobre a região
As características são mais fortes durante o inverno e mais
fracas durante o verão.
Compostos para Períodos Chuvosos: Janeiro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Fevereiro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Março
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Abril
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Maio
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Junho
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Julho
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Agosto
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Setembro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Outubro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Novembro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Dezembro
NSBR
SSBR
Compostos para Períodos Chuvosos: Janeiro
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Fevereiro
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Março
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compositos para Períodos Chuvosos: Abril
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compositos para Períodos Chuvosos: Maio
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compositos para Períodos Chuvosos: Junho
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Julho
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Agosto
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Setembro
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Novembro
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Compostos para Períodos Chuvosos: Dezembro
SSBR
Alto
Níveis
Baixo
Níveis
Períodos Chuvosos no Sul do Brasil
• Características da circulação média para os casos
de chuvas intensas no Sul do Brasil (SSBR, 28-31S,
51-54W e NSBR, 23-26S, 48-51W) incluem:
– Distúrbios baroclínicos em latitudes médias (sistemas
de baixa pressão na superficie, frentes frias, etc.) são
as principais causas da precipitação de inverno na
região.
– Esses distúrbios também são mecanismos importantes
para a produção de chuvas durante o verão.
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1979,
1980
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1981,
1982
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1983,
1984
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1985,
1986
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1987,
1988
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1989, 1990
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1991, 1992
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1993, 1994
JJA Fronts 30S, 52.5W: JJA 1995, 1996
JJA Fronts 30S,
52.5W: JJA 1997,
1998