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
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