Implementação de um
Sistema de
Monitoramento de
Ciclones Usando
Modelagem Numérica
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COORDENADORES
Dr. Isimar de Azevedo Santos
Meteorologia UFRJ
Dr. Valdo da Silva Marques
UENF
Dr. Carlos Eduardo Parente Ribeiro
COPPE UFRJ
Dra.Tânia Ocimoto Oda
IEAPM
CONSULTOR
Dr. Manoel Alonso Gan
INPE
PESQUISADORES
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MsC. Alfredo Silveira da Silva – UFRJ
Dra. Claudine Pereira Dereczynski – UFRJ
PhD. Claudio Freitas Neves – UFRJ
MsC. David Garrana Coelho – UFRJ
Dr. José Ricardo Siqueira – UENF
BsC. Luiz Rodrigo Lins Tozzi – UFRJ
Dra. Maria Gertrudes Justi - UFRJ
Dr. Nilo José do Nascimento Franco – UFRJ
BsC. Ricardo Martins Campos - UFRJ
Dra. Rosane Rodrigues Chaves – UENF
OBJETIVOS GERAIS
• Implantar um sistema de monitoramento
•
•
meteorológico de ciclones no oceano
Atlântico Sul.
Quantificar e estabelecer formas de
prevenção e mitigação dos impactos dos
ciclones do oceano Atlântico Sul.
Implantar um sistema preventivo e de alerta
quanto à presença de ciclones no Atlântico
Sul que possam impactar a costa do Estado
do Rio de Janeiro.
MOTIVAÇÃO
• Os ciclones tropicais do Atlântico Norte têm
aumentado em quantidade e intensidade na última
década.
• Os centros de previsão do tempo e a defesa civil
precisam estar melhor preparados.
• As atividades econômicas e a presença humana na
costa fluminense demandam previsões mais acuradas
de fenômenos impactantes como os ciclones.
Um quadro que pode mudar!
• Esse mapa mostra as rotas dos ciclones tropicais que se formaram entre 1985 e
2005. Os pontos indicam suas localizações, registradas a cada seis horas. O
esquema de cores é baseado na escala Saffir-Simpson.
Os centros de previsão do tempo e os
órgãos de defesa civil precisam estar
melhor preparados para eventos
como os ciclones, para que não se
repita o que ocorreu em março de
2004, quando o Furacão Catarina
atingiu a costa do Rio Grande do Sul
e de Santa Catarina sem que alertas
adequados e confiáveis pudessem
ser passados à comunidade.
Etapas do Projeto
1. Estabelecimento de uma climatologia
dos ciclones do AS, incluindo suas
estruturas dinâmicas e termodinâmicas e
suas trajetórias.
2.Construção de dados artificiais (bogus)
para os ciclones do AS.
3.Instalação de um sistema de captação de
dados por sensoriamento remoto (satélites
da série GOES) sobre o AS.
4.Otimização das técnicas de assimilação de
dados obtidos por satélite.
5.Caracterização do ferramental computacional
para a modelagem de ciclones intensos no AS.
6. Ajuste do modelo
de mesoescala para
simulação e previsão de ciclones intensos no AS.
7. Estimativa e avaliação da vulnerabilidade
de empreendimentos costeiros aos impactos
de ciclones intensos.
8. Proposição de formas de mitigação dos
impactos destrutivos de ciclones intensos
9.Estabelecimento de um sistema operacional
visando a vigilância de sistemas severos.
10. Implantação de um sistema de vigilância
e alerta para sistemas de tempo severo no
estado do Rio de Janeiro.
•ALGUNS CONCEITOS DOS CICLONES
•FORMAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E
SEU COMPORTAMENTO NO ATLÂNTICO SUL
Tipos de Ciclones
Tipo:
Habilidade
de Previsão:
Ciclone Tropical
Baixa a moderada
Ciclone Extratropical
Alta a moderada
Base teórica: Charney & Eliassen (1964)
Kuo (1965)
Ooyama (1964, 1969)
Emanuel (1986)
Bjerknes &
Solberg (1922)
Charney (1947)
Sutcliffe (1947)
Eady (1949)
As pesquisas tem demonstrado que a distribuição
dos ciclones não é limitada a esses dois grupos
distintos
Tannehill (1938)
Billing et al. (1983)
Pierce (1939)
Gyakum (1983a,b)
Knox (1955)
Sardie & Warner (1983)
Sekioka (1956a,b;1957)
Palmén (1958)
Hebert (1973)
Kornegay & Vincent
(1976)
Brand & Guard (1978)
Bosart (1981)
DiMego & Bosart
(1982a,b)
Smith et al. (1984)
Rasmussen & Zick
(1987)
Emanuel & Rotunno
(1989)
Rasmussen (1989)
Bosart & Bartlo (1991)
Kuo et al. (1992)
Reed et al. (1994)
Bosart & Lackmann
(1995)
Beven (1997)
Harr & Elsberry
(2000)
Harr et al. (2000)
Klein et al. (2000)
Miner et al. (2000)
Smith (2000)
Thorncroft & Jones
(2000)
Hart & Evans (2001)
Reale & Atlas (2001)
•O estudo da dinâmica atmosférica
responsável pelo desenvolvimento de
ciclones extratropicais é de interesse
notório para a meteorologia há muitas
décadas.
•Isto se deve tanto ao papel que os
ciclones extratropicais desempenham na
energética da atmosfera, quanto pelos
impactos nas condições de tempo nos
países mais desenvolvidos.
•Desde o início do século XX, o
comportamento simétrico e por vezes
regular dos ciclones extratropicais, tem
fornecido motivação para a formulação de
teorias sobre o desenvolvimento desses
ciclones e sobre a energética da atmosfera
como um todo (Bjerknes et al, 1922;
Charney 1947; Eady 1949; Hoskins et al,
1985).
Regiões de ocorrência de ciclones
Trajetórias dos ciclones Estra-tropicais
Em torno da América do Sul
Fonte: Palmeira, 2003
Condições em larga escala associadas
com a formação de Ciclones Tropicais
• A pré existência de distúrbios que controlam a convecção profunda
abundante.
• Aquecimento da superfície do mar.
• Instabilidade atmosférica e presença de umidade em níveis
troposféricos elevados.
• Pequeno cisalhamento vertical do vento horizontal.
• Aparecimento de cavados associados à convecção profunda.
• Queda na pressão da superfície: em 24 horas essa queda pode ser
de 3 hPa ou mais.
• Anticiclone na troposfera superior sobre a área de abrangência do
fenômeno.
Ciclones extratropicais no Hemisfério Sul
• Os ciclones no HS começaram a ser estudados na
segunda metade do século XX, quando Taljaard
(1967)
usando
dados
do
“International
Geophysical Year” (IGY, 1957- 58) localizou uma
região predominante de formação de ciclones
sobre o Paraguai, com uma média de 20 ciclones
por estação do ano.
• Esses resultados foram confirmados por Streten e
Troup (1973), que realizaram uma classificação
de sistemas com grande nebulosidade através de
imagem diárias de satélite, e reforçados por
Carlenton
(1979)
que,
utilizando
uma
metodologia
similar,
obteve
máximos
de
ciclogênese no litoral da América do Sul durante o
inverno.
• Recentemente, vários autores utilizaram métodos
automáticos para a detecção de ciclones, tanto para
o HN quanto para o HS, dentre os quais pode-se
destacar: Murray e Simmonds (1991); Sinclair
(1995); Blender et al. (1997); Trigo et al. (1999),
entre outros.
• Esses métodos baseiam-se na detecção do mínimo
valor de pressão num determinado ponto de grade,
usando dados geralmente obtidos de diversas
análises com diferentes formatos espaciais, com
destaque para as reanálises do NCEP/NCAR e as do
ECMWF.
Verão
Inverno
Sinclair (1994): 07 anos de dados
do ECMWF (vorticidade geostrófica
aos 1000 hPa).
1) Uma grande quantidade de
ciclones extratropicais sobre o AS;
2) Variação sazonal (InvernoVerão);
3) O Inverno estação do ano com
maior frequência de ciclogênese.
Inverno
Verão
Simmonds e Keay (2000): 40 anos
de estudo (1958-1997), reanálises
do NCEP/NCAR (Método
automático).
1) Obteve também variação sazonal
na quantidade de ciclones
extratropicais;
2) Maior distribuição na área de
ciclogênese;
3) Inverno maior quantidade de
ciclones
Simmonds e Keay (2000) criaram uma climatologia
de ciclones para o HS, com 40 anos de dados das
reanálises do NCEP/NCAR, confirmando os resultados
obtidos por Sinclair (1994),
Demonstraram que
no verão apresenta
máximo de ciclones
localizados sobre o
litoral Atlântico da
América do Sul,
Austrália (devido a
“baixas térmicas”)
e na vizinhança da
Antártica.
No inverno os máximos estão localizados sobre o Mar
de Weddell e Belling (Antártica), América do Sul e
Nova Zelândia (Fig. 2.2), sendo o inverno a estação
com maior freqüência de ciclones extratropicais.
Estudos feitos no Brasil:
• Mais recentemente Pezza e Ambrizzi (2003)
realizaram uma análise de tendência para
ciclones no HS, usando o método de Murray e
Simmonds
(1990),
para
um
período
compreendido entre 1973 e 1996.
• Eles verificaram uma tendência negativa
relativamente
acentuada,
registrada
principalmente a partir de 1979, assim como
uma redução na pressão mínima (central) dos
ciclones.
Satyamurty et al. (1990): 07 anos de
estudo (1980-1986), Imagem de
satélite (GOES-EAST) associada a
dados observacionais.
1) Uma região de ciclogênese
preferencial (15-60S);
2) Variação sazonal na quantidade;
3) Verão: estação do ano com maior
freqüência de ciclogénese.
•Satyamurty et al. (1990) estabeleceram uma
climatologia de ciclogênese sobre o AS para o
período de 1980 a 1986, utilizando imagens de
satélite, na qual determinaram aproximadamente
750 casos, dos quais 280 (37%) ao norte de 30°S.
•O ano de El-Niño de 1983 contribuiu com uma
anomalia positiva de 25%, acima da média
climática, na freqüência de ciclogênese.
•Estes autores notaram também que o verão
apresentou maior freqüência de ciclogênese do que
as demais estações do ano, contrariando os
resultados obtidos por Necco (1982).
Gan e Rao (1991) também verificaram que os
principais mecanismos de formação dos ciclones
extratropicais da América do Sul estão associados
com a instabilidade baroclínica e com o efeito
topográfico.
A ciclogênese associada à
instabilidade baroclínica é
importante na variação
sazonal e interanual da
freqüência de formação dos
ciclones.
Entretanto, a posição dos máximos de ciclogênese (Fig.
2.3) pode estar associada aos efeitos da montanha e
contraste terra-mar.
• Gan e Rao (1991), através de dados
observacionais somente para o continente,
para um período de 1979 a 1988,
confirmaram os resultados obtidos por
Taljaard (1967) e Necco (1982). Eles
verificaram que a maior freqüência de
ciclogênese é observada sobre o Uruguai e
nordeste da Argentina.
•Gan e Rao (1991) também verificaram que o
inverno é a estação do ano com maior
quantidade de eventos de ciclogênese e o
verão a estação com menor quantidade,
discordando dos resultados obtidos por
Satyamurty et al. (1990).
METODOLOGIA A SER
IMPLEMENTADA
• A previsão, a trajetória e as mudanças
na intensidade dos ciclones tropicais e
subtropicais
demandam
uma
representação acurada do vórtice
(condições
iniciais
locais)
e
de
adaptação do modelo numérico a ser
utilizado.
Diagrama do Fluxo dos Procedimentos com
Vórtice Sintético (Bogus)
DISTRIBUIÇÃO DA PRESÃO AO NÍVEL DO MAR NO INSTANTE INICIAL
Análise da pressão ao
nível do mar em grande
escala (NCEP)
Análise da pressão ao
nível do mar com bogus
O MÉTODO DO GFDL
•Um avançado esquema de inicialização de furacões
por bogus foi incorporado ao modelo do GFDL no
Centro de Previsão de Furacões de Miami (Kurihara et
al, 1993)
O esquema consiste em quatro procedimentos
principais:
1. Os campos ambientais referentes ao ciclone tropical são
subtraídos das análises;
2. As componentes simétricas de ciclones tropicais artificiais
(bogus) são incorporadas aos modelos de prognóstico;
3. Procede-se a integração simétrica da equação da vorticidade
simplificada do modelo;
4. Finalmente ajustam-se os campos de massa (pressão e
temperatura) através da equação divergente do modelo.
• Na penúltima Conferência sobre Furacões
e Meteorologia Tropical, realizada em
abril de 2006 em Monterey, CA, o NCEP
anunciou que estava migrando para o
modelo WRF e que os dados dos ciclones
em alta resolução seriam assimilados pelo
método variacional a quatro dimensões
(4DVAR).
• O LPM está se preparando para atuar
nesta mesma direção nas pesquisas deste
projeto sobre ciclones.
• Ao fim dos 2 anos desta pesquisa e com
uma metodologia de monitoramento dos
ciclones do Atlântico Sul desenvolvida,
espera-se que se possa dar continuidade ao
monitoramento de ciclones através de um
centro especializado.
• Nosso entendimento é que devem ser
identificados herdeiros deste processo de
desenvolvimento, possivelmente mesmo
fora do escopo universitário.
• O apoio científico poderá continuar vindo
das Universidades:
• no sensoriamento remoto pelo
LENEP/UENF
• na modelagem numérica pelo
LPM/UFRJ
• na identificação de vulnerabilidades
pela COPPE/UFRJ
• O LPM/UFRJ vem acumulando grande
experiência em modelagem de mesoescala
(MM5 e WRF) e está liderando a captação do
know how australiano em ciclones sintéticos.
• O apoio na defesa patrimonial dos efeitos
dos ciclones, ondas e ressacas é parte da
experiência do grupo de Engenharia Oceânica
da COPPE/UFRJ.
• O grupo da UENF está instalando um dos
maiores sistemas de sensoriamento remoto
fora do INPE e se coloca como fonte
inestimável de informações de satélite.
CICLONES E MUDANÇAS
CLIMÁTICAS
Há um razoável consenso de que o
Aquecimento Global possa levar a um
aumento
da
quantidade
e
da
intensidade dos sistemas de tempo
severo, com anomalias nunca antes
registradas.
Por isto é de fundamental importância
que se monitore de forma sistemática
e hábil tais fenômenos, inclusive os
ciclones.
No início de maio de
2008, o ciclone tropical
Nargis de categoria 4,
passou
próximo
da
maior
cidade
de
Myanmar, Yangon, com
notável força.
A
mídia
estatal
noticiou que mais de
78.000 pessoas foram
encontradas
mortas,
outras 50.000 estão
desaparecidas,
e
centenas de milhares
estão desabrigadas.
Esperamos que este encontro inclua
dentre os seus benefícios, uma maior
habilidade da comunidade de
meteorologia do Brasil em prever
eventos atmosféricos severos,
antecipando-se a eventuais danos e
riscos às atividades costeiras e à
presença humana junto à costa.