Instituto Federal de Santa Catarina

INSTITUTO
FEDERAL
DE
EDUCAÇÃO,
CIÊNCIA
TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
Departamento Acadêmico de Saúde e Serviços - DASS
Curso Técnico em Meteorologia
Leonardo Edemir Cacilhas
Paulo Ricardo Hames
Jéssica Cristina Régis
Vanessa Cristina Régis
SISTEMAS FRONTAIS E UM CASO DE NEVE NO RIO GRANDE DO SUL
Florianópolis
17 de junho de 2009
E
2
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma".
Antoine Lavoisier
3
RESUMO
Como a atmosfera se encontra em constante movimento, por causa das
forças fundamentais que atuam na mesma. Ela está sujeita aos diversos sistemas
que causam variações significativas no tempo. Um dos deles são os Sistemas
Frontais, que englobam diversos elementos meteorológicos essenciais para a
existência desde sistema como o encontro de duas massas de ar de características
termodinâmicas diferentes, formando entre ambas uma zona ou frente. Assim existe
a formação das nuvens associadas a esta frente e finalmente o ciclone, que é um
centro de baixa pressão.
Com base dos conceitos básicos que determinam a compreensão de um
sistema frontal, realizou-se um estudo de caso sobre a neve ocorrida em setembro
do ano 2008 no sul do Rio Grande do Sul. Para tal, foram inseridas cartas sinóticas,
imagens de satélite, bem como a descrição do tempo cronológico e os dados de
temperatura colhida das estações meteorológicas automáticas de Caçapava do Sul,
Bagé, Canguçu, Santana do Livramento, todas no Estado gaúcho. A fim de chegar
até a mais pura realidade dos fatos, foi feita uma entrevista com pessoas que
vivenciaram a neve. Os resultados obtidos foram o estudo detalhado do caso e seu
impacto, visto que chamou a atenção pela época em que ocorreu.
Palavras-chave: massas de ar, sistemas frontais, neve, ciclone extratropical,
nuvens.
4
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. Esquema de Circulação geral da atmosfera......................................................... 7
FIGURA 2 . Massas de ar atuantes no Brasil...........................................................................8
FIGURA 3. Modelo conceitual de uma frente fria.....................................................................10
FIGURA 4. Modelo conceitual de uma frente quente................................................................11
FIGURA 5. Representação de uma frente estacionária.............................................................11
FIGURA 6. Modelo Conceitual de uma frente oclusa................................................................11
FIGURA 7. Imagem de satélite no canal infravermelho realçado...............................................13
FIGURA 8 . Processo de ciclogênese....................................................................................15
FIGURA 9 . Modelo conceitual de um Ciclone Extratropical por Bjerknes..................................16
FIGURA 10 . 03h00min – GMT................................................................................................17
FIGURA 11 - 06h00min – GMT................................................................................................17
FIGURA 12 - 09h00min – GMT ..............................................................................................18
FIGURA 13 – Carta sinótica do dia 04/09/2008 as 12z .............................................................20
FIGURA 14 – Carta sinótica do dia 05/09/2008 as 12z..............................................................21
FIGURA 15 – Carta sinótica do dia 06/09/2008 as 00z . ...........................................................23
FIGURA 16 .Carta sinótica do dia 07/09/2008 as 00z................................................................24
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................................6
2. MASSAS DE AR....................................................................................................................7
3. SISTEMAS FRONTAIS E SEUS COMPONENTES..................................................................10
4. IDENTIFICAÇÃO E TIPOS DE NUVENS NUM SISTEMA FRONTAL........................................13
5. CICLOGÊNESE, CONCEITO E FORMAÇÃO DE UM CICLONE EXTRATROPICAL..................15
6. NEVE, A RELAÇÃO ENTRE AS MASSAS POLARES E CICLONES........................................19
6.1. O evento na metade sul gaúcha.........................................................................................19
6.2. Entrevista com um atingido pela neve....................................................................................24
7. CONCLUSÃO.............................................................................................................................26
REFERÊNCIAS...............................................................................................................................27
ANEXO A........................................................................................................................................28
6
INTRODUÇÃO
No passado, a partir de pesquisas e mais desenvolvimentos científicos,
descobriu-se que a atmosfera não é estática como se pensava. Foi aí que adentrou
a teoria de Hadley, a qual diz que a diferença do ângulo de incidência de radiação
solar é diferente entre os pólos e o equador. Fixando-se nesta idéia, Hadley concluiu
que existem diferenças de temperaturas entre ambas as regiões citadas
anteriormente.
Com a variação da temperatura, obviamente logo se pensou na variação de
pressão, pois o ar mais aquecido do equador ascende por ser menos denso,
acumula-se em altitude e acaba se dirigindo para os pólos, onde se resfria por
completo. Esse ar torna-se mais denso e acaba por ter um movimento descendente,
gerando assim uma área com alta pressão atmosférica na região polar, a qual será
levada até o equador em virtude da diferença de pressão atmosférica. Isso origina a
célula de Hadley.
Mediante esse raciocínio, descobriu-se que existem ainda outras células, as
quais formam as altas pressões subtropicais e baixas pressões subpolares. Em
virtude dessa variação de temperatura, pressão e consequentemente umidade, temse a formação das massas de ar, que nada mais são do que porções de ar
estacionadas em um determinado lugar, adquirindo suas características, ou seja,
uma massa formada nos pólos deverá ser fria e seca.
Como a atmosfera é dinâmica, do encontro das massas de ar distintas, forma-se
os sistemas frontais, que exercem grande papel na formação de instabilidades,
causando mudanças bruscas nas condições do tempo por onde passam, além de
causar danos em função dos fortes ventos muitas vezes associados a ciclones extra
tropicais. A combinação frio intenso e umidade alta darão início ao processo da
formação da neve. E é com base neste assunto que neste estudo serão abordados
os sistemas frontais e um caso de neve ocorrido no sul do Rio Grande do Sul em
setembro de 2008, destacando passo a passo a trajetória dos sistemas, bem como
entrevistando pessoas que vivenciaram o fenômeno.
7
MASSAS DE AR
O que é uma massa de ar?
Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/
FIGURA 1– Esquema de Circulação geral da atmosfera
De acordo com Rubens Leite Vianello e Adil Rainier Alves (1991, p. 311), Não
existe um constante gradiente de temperatura entre a linha equatorial e os pólos.
Sendo assim, Vianello e Alves afirmam que grandes porções de ar quente podem
permanecer largamente entre o equador e os trópicos, assim como o ar frio pode
permanecer sobre as regiões polares. Com isso há a formação das diferentes
massas de ar, que são grandes porções de ar com praticamente a mesma
propriedade termodinâmica, ou seja, temperatura e umidade uniformes. Elas
deslocam-se pelo globo de acordo com variação da pressão (Figura 1). Partindo
8
desse conceito, surge a classificação das massas de ar, que vai ser apresentada a
seguir:
Massas de ar equatoriais: dominam toda a parte equatorial do globo terrestre,
sendo assim quente e bastante instável.
Massas de ar tropicais: desenvolvidas através do cinturão de altas pressões
subtropicais, tendem a ser geralmente quentes e quando sobre o mar transportam
umidade. Originam-se pela subsidência do ar que subiu no equador.
Massas de ar polares: anticiclones migratórios, secos e frios, que perdem suas
características ao longo do deslocamento.
Massas de ar Antártica: por se originar no continente antártico, elas obviamente
são extremamente frias e secas.
Na figura 2, observa-se as diversas variáveis de massas de ar atuantes na
América do Sul.
9
Fonte: http://www.portaltosabendo.com.br/editor/assets/Figura38.jpg
FIGURA 2 – Massas de ar atuantes no Brasil
Massa equatorial continental: forma-se na floresta Amazônica. Em virtude do seu
lugar de origem, tem-se o predomínio de baixas pressões atmosféricas, as quais irão
constantemente gerar nuvens de desenvolvimento vertical e, consequentemente,
elevados volumes de chuva ao longo do ano.
Massa equatorial marítima: origina-se na Zona de Convergência intertropical e,
consequentemente, é quente e úmida. Tem influência sobre o regime pluviométrico
na região nordeste do Brasil e da América do Sul no verão. No inverno com o
aquecimento maior no Hemisfério Norte e na linha equatorial, essa massa tende a
migrar para essas áreas.
Massa tropical continental: tem como região de origem a região do Chaco, onde
predominam regiões com baixas pressões atmosféricas, tendo o ar sempre quente e
seco, porém bastante instável em virtude da convergência de calor e umidade da
massa equatorial continental, sobretudo no verão quando se desenvolvem os
sistemas convectivos de mesoescala.
Massa tropical marítima: localizada sobre o oceano Pacífico e Atlântico, é
dominada por um sistema de alta pressão subtropical desenvolvido pela
descendência do ar que ascendeu no equador. Segundo, Vianello e Alves (2002, p.
313), a parte inferior desses anticiclones é fria e úmida, já a parte superior é quente
e seca. Essa massa exerce influência em todo o território litoral Brasileiro, criando o
clima tropical mais úmido.
Massa polar Marítima: essa é seca e fria, migratória e assim perde um pouco de
suas características no deslocamento em direção ao equador. Quando se encontram
com o ar quente próximo do Equador, acontece o processo de frontogênese,
assunto do próximo capítulo.
10
SISTEMAS FRONTAIS E SEUS COMPONENTES.
Frente é intersecção da superfície frontal com a superfície (PETTERSEN,
1956; VIANELLO, 1991; OLIVEIRA, 2001). Em outras palavras é a linha que separa
massas de ar com discrepâncias termodinâmicas. Esse conceito de sistema frontal
foi proposto por Bjerknes (1919), com intuito de comparar as grandes batalhas da
primeira guerra mundial. As frentes são classificadas em:
Frente fria: é o avanço do ar frio mais denso por baixo do ar quente, fazendo-o
levantar e formar nuvens (figura 3).
Fonte: www.rainhadapaz.g12.br/.../frente_fria.jpg
FIGURA 3 – Modelo conceitual de uma frente fria
Frente quente: dá-se quando o ar quente tem mais força e caminha por cima de
uma espécie de “rampa” formada pelo ar mais frio (figura 4).
11
Fonte: www.rainhadapaz.g12.br/.../frente_quente.jpg
FIGURA 4 – Modelo Conceitual de uma frente quente
Frente Estacionária: ocorre quando nem o ar frio e o ar quente têm força o
suficiente para se deslocarem, causando um equilíbrio (figura 5).
FIGURA 5 – Representação de uma frente estacionária
Frente oclusa: é o avanço do ar muito frio ao encontro do ar menos frio localizado
na vanguarda da frente quente (figura 6).
Fonte:upload.wikimedia.org/.../300px-Frente_oclusa.jpg
FIGURA 6 – Modelo conceitual de uma frente oclusa
12
Frontogênese: Eis a seguinte situação. Há uma frente estacionária sobre o centro
da Argentina, ou seja, um equilíbrio de pressão entre ambas as massas. Por vezes
um cavado (área alongada de baixa pressão) em altos níveis cruza os Andes e
chega próximo ao sistema frontal. Como na borda do cavado em altitude o ar
ascende, acaba derrubando a pressão, formando uma baixa pressão em algum
ponto da frente.
No eixo (centro) do cavado o ar descende, aumentando a pressão em
superfície e intensificando o anticiclone polar. Os ventos desse sistema começam a
girar ciclonicamente ao redor da baixa pressão. Isso ocorre em função da força de
Coriolis, ou seja, a influência do movimento rotacional da terra, fazendo os sistemas
circularem.
Desse processo se formará uma onda frontal, a qual avançará para nordeste
no HS (ou sudeste no HN), carregando o ar frio em sua retaguarda. Em muitos
casos, tem-se a formação de ondas frontais subtropicais, as quais só avançam e
trazem apenas tempo bom em sua retaguarda e não necessariamente frio intenso.
Assim, frontogênese é o processo de formação ou intensificação de uma
frente e frontólise para o enfraquecimento e dissipação (Pettersen, 1956).
13
IDENTIFICAÇÃO E TIPOS DE NUVENS NUM SISTEMA FRONTAL.
A partir das imagens de satélite e visão a olho nu, adquire-se a possibilidade de
identificar os diversos tipos de nebulosidade associados aos sistemas frontais.
Frente fria: caracteriza-se por uma extensa banda de nuvens com milhões de
quilômetros de comprimento com centenas de quilômetros de largura. Na imagem
de satélite infravermelho realçada há uma frente fria bem no canto direito da imagem
(figura 7).
.Fonte: EPAGRI-CIRAM
FIGURA 7 – Imagem de satélite no canal infravermelho realçado
As nuvens formadas na dianteira do observador, primeiramente, em virtude
dos Jatos em altos níveis da troposfera, aparecem nuvens cirrus: “nuvens isoladas
com forma de filamentos brancos e delicados, ou de bancos, ou de faixas estreitas,
brancas ou em sua maioria brancas. Estas nuvens têm um aspecto fibroso ou brilho
sedoso, ou ambas as coisas” (VIANELLO e ALVES, 1991, p.345).
Logo aparecem as derivações dos cirrus, como os cirrocumulus e cirrostratus.
Em seguida entram médias, com os altocumulus, que de acordo com Vianello e
Alves são um lençol ou camada de nuvens brancas ou cinzentas, ou
simultaneamente brancas e cinzentas, apresentando geralmente sombras próprias,
compostos de pequenas lâminas, seixos, rolos, etc., de aspecto muitas vezes
parcialmente fibroso ou difuso.
14
Posteriormente chegam os Cumulunimbus, os quais são nuvens com enorme
desenvolvimento vertical e as únicas a produzir descargas elétricas e granizo. Por
último vem os Nimbostratus, que é uma nuvens cinzenta e sombria, provocadora de
tempo chuvoso constante, inclusive é a partir desses tipos de nebulosidade que vão
ocorrer precipitações de neve.
Frente quente: Aparecem menos nítidas nas imagens e também bem
reduzidas em relação às frentes frias.
15
CICLOGÊNESE,
CONCEITO
E
FORMAÇÃO
DE
UM
CICLONE
EXTRATROPICAL.
O processo de formação de um ciclone frontal é chamado de Ciclogênese.
Ciclones Extratropicais:
Também chamados ciclones de latitudes médias, são sistemas de baixa
pressão frios, sempre associados a sistemas frontais, sendo causadores de ventos
fortes e mar agitado por onde passam.
Formação:
Segundo Mario Adelmo Varejão-Silva (2006, p. 380), na linha onde se
posiciona a zona frontal, ou seja, o encontro de massas de ar distintas
termodinamicamente, o ar frio por ter uma densidade maior em relação ao ar quente,
naturalmente
forma
ondas
atmosféricas.
Tais
ondulações
são
ciclônicas,
favorecendo a convergência de massa e a conseqüente formação de um núcleo de
baixa pressão à superfície. Na figura 8, podemos acompanhar as etapas do
processo.
Fonte: www.master.iag.usp.br/.../AULA04/AULA04.HTML (2004).
FIGURA 8 – Processo de ciclogênese.
Ainda no estágio inicial da onda, o ar frio avança de sul (HS) e o ar quente de
norte. Rubens Leite Vianello (2002, p.321) em seu livro, complementa que à medida
que o ar frio avança ao encontro da frente quente, a circulação ciclônica adquire
ainda mais intensidade e, consequentemente, o ciclone também. Desta forma o
rebaixamento de pressão acentuado causa os ventos característicos dos Ciclones
16
Extratropicais. Também afirma que em altos níveis da troposfera se desenvolve um
cavado igualmente ao padrão de superfície. Na figura 9, tem-se o modelo conceitual
de um Ciclone Extratropical (HN), elaborado por Bjerknes em 1919:
.
Fonte: REBOITA (2008).
FIGURA 9 – Modelo conceitual de um Ciclone Extratropical por Bjerknes
Outro ponto a citar é que, de acordo com A. S. Oliveira (1986 apud
MONTEIRO, 2007, p. 71), em latitudes médias como o litoral norte da Argentina e
Rio Grande do Sul, é preciso que se tenha uma frente estacionária por um
determinado período de tempo em superfície, para dar início ao processo de
formação de um Ciclone Extratropical.
Nas seqüências de imagens de satélite GOES no canal infravermelho
colorido, identifica-se nitidamente a afirmação dita anteriormente. O evento foi um
Ciclone Extratropical a leste do Sul do Brasil no dia 20 de agosto de 2007 (figuras
10, 11 e 12).
17
FIGURA 10 – Ciclone desenvolvendo-se. 03h00min – GMT
FIGURA 11 – Fase madura. 06h00min – GMT
18
FIGURA 12 – Deslocamento para o oceano Atlântico. 09h00min – GMT
Fonte: CPTEC/INPE
19
NEVE, A RELAÇÃO ENTRE AS MASSAS POLARES E OS CICLONES
A neve é um tipo de precipitação, porém na forma de cristais de gelo, que
podem ser flocos, pelotas ou grãos de neve. Seu processo de formação se dá
quando partículas de água super resfriadas dentro da nuvem encontram núcleos de
congelamento, nos quais esta particular acaba congelando. Os núcleos podem ser
poeiras ou qualquer outra particular carregada pelo vento.
Após algum tempo, a neve não é mais sustentada pelo ar e acaba caindo. Se
a temperatura na superfície for baixa, a neve consegue cair sob sua forma original.
Caso contrário acontece a chuva congelada.
Geralmente, sobretudo nas latitudes médias, a associação de uma massa de
ar muito frio com um Ciclone Extratropical (que traz umidade e forma nuvens) pode
acarretar a neve.
O evento de neve na metade sul gaúcha:
No dia 4 de setembro de 2008, havia um sistema frontal com ramo
estacionário sobre o Sul do Brasil. No sul da Argentina deslocava-se uma ampla e
intensa massa de ar polar, como podemos ver na carta sinótica de superfície,
disponível no site do CPTEC (Centro de Previsão do tempo e estudos climáticos)
(figura 13).
20
FIGURA 13 – Carta sinótica do dia 04/09/2008 às 12z
Na noite do mesmo dia a Metsul Meteorologia já previa em seu blog chamado
Direto da Metsul, chance de neve na Argentina, Uruguai e sul do RS.
A sexta-feira será de frio intenso para setembro com valores de temperatura
raramente observados durante a tarde em algumas cidades do Estado. Instala-se um
complexo cenário atmosférico em que sistema de baixa pressão passa a atuar junto ao
ar polar, trazendo chuva que pode ser forte e rajadas de vento. Não se descarta a
possibilidade de neve ou queda de gelo em pontos de menor altitude do Sul, Centro e
parte do Oeste, onde o frio será muito mais intenso.
No dia 05 de setembro de 2008, o avanço de um Vórtice Ciclônico (baixa
pressão) em níveis médios da troposfera diminui de forma significativa as
temperaturas nessa altitude, o que junto ao ar muito frio e úmido em superfície
acabou formando a neve. De acordo com a MetSul Meteorologia, houve neve
granular em Santana do Livramento, Herval, Arroio Grande, Hulha Negra, Candiota,
Bagé, Aceguá, Dom Pedrito, Morro Redondo e pontos isolados da área urbana de
Pelotas. A neve em flocos ocorreu em Pedras Altas, Canguçu, Piratini e sobretudo
21
em Pinheiro Machado, cuja cidade teve duas horas seguidas de precipitação nival e
acumulação no solo. No anexo A, são apresentadas as fotos da nevasca no RS.
Na carta sinótica de superfície das 12 UTC do 05/09/2008, pode-se notar o
avanço da grande Alta pressão polar pela Argentina. A frente estacionária continua
sobre o Sul do Brasil, porém mais deslocada para norte (figura 14).
FIGURA 14 – Carta sinótica do dia 05/09/2008 as 12z
Esse dia teve temperaturas extremamente baixas para Setembro no Rio
Grande do Sul (tabela 1).
22
TABELA 1 – Temperaturas mínimas no dia 5 de setembro de 2008 no RS.
Cidade
Temperatura mínima
Caçapava do Sul
Obs
2,5ºC
6,9ºC (3,4ºC as
14h)
Bagé
2,5ºC
8,6ºC (3,5ºC as
14h)
Canguçu
2,2ºC
5,5ºC (3,2ºC as
14h)
Santana
do
2,7ºC
Livramento
7,8ºC (3,4ºC as
13h)
Fonte: Inmet.
Pela noite, o Vórtice Ciclônico em médios níveis, comentado anteriormente
acabou intensificando o sistema frontal e dando início ao processo de ciclogênese,
ou seja, formação de um ciclone extratropical. Conforme a carta da 00 UTC do dia
06, equivalente às 21h no Brasil (figura 15).
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FIGURA 15 – Carta sinótica do dia 06/09/2008 às 00z
No dia 06 de setembro de 2008 o ciclone extratropical está formado sobre o
oceano próximo da costa Sul brasileira, de acordo com a figura 16. Sua pressão
atmosférica central é de 1000 hPa.
24
FIGURA 16 – Carta sinótica do dia 07/09/2008 AS 00z
6.2 Entrevista com um atingido pela neve.
Entrevistador: Paulo Ricardo Hames
Entrevistado: Renato Farias
Local: Piratini, RS
Em que período do dia começou a precipitar a neve?
Por volta das 10 horas da manhã
Qual foi a intensidade?
Começou fraca mas depois ficou forte
Qual foi sua duração?
Permaneceu o dia inteiro
Então houve bastante acumulação?
Sim, acumulou muito
25
Qual foi o último evento de neve que presenciou na região?
Em julho de 1994, época da Copa do Mundo.
Já havia visto neve em setembro?
Nunca. Achei anormal.
26
CONCLUSÃO
Mediante esta pesquisa envolvendo o assunto Sistemas Frontais, foi
extremamente importante conhecer e conceituar passo a passo cada variável do
tema, bem como as palavras de pesquisadores que no passado descobriram
tesouros de conhecimento e hoje dão o prazer de entender que a atmosfera é
dinâmica, ou seja, nada está parado. Observando-se uma nuvem neste exato
momento, se pode afirmar com definitiva certeza que daqui a alguns minutos ela não
será a mesma e não estará no mesmo lugar.
No estudo de caso apresentado ao fim da pesquisa, foi analisado a evento de
neve ocorrido em setembro de 2008, usando imagens, dados e entrevista. Assim foi
breve, mas detalhadamente relatado a fenômeno, deixando claramente as
características climáticas do Sul do Brasil, bem como mostrar as diversas anomalias
e acontecimentos que nem todos os anos são observados sobre um mesmo lugar.
27
REFERÊNCIAS
RODRIGUES, Maria Laura Guimarães; FRANCO, Davide; SUGAHARA, Shigetoshi.
Climatologia de frentes frias no litoral de Santa Catarina. Revista Brasileira de
Geofísica. Vol.22(2), maio/setembro 2004. Disponível em:
< http://www.sbgf.org.br/publicacoes/revista.html>. Acesso em 25/05/09
CAMARGO, Ricardo; FREDIANI, Maria Eugenia B. Meteorologia sinótica. MASTER,
julho 2004. Disponível em:
< http://www.master.iag.usp.br/ind.php?inic=00&pos=1&prod=ensino>. Acesso em
22/05/09
AYODE, J.O. Introdução à climatologia para os trópicos. 9.ed.. Rio de Janeiro,
RJ: Bertrand Brasil, 2003.
SILVA, Varejão M.A. Meteorologia e climatologia. Recife, PE: VD2, 2006.
VIANELLO, Rubens Leite; ALVES, Adil Rainier. Meteorologia básica e aplicações.
Viçosa, MG: UFV, 2000.
COSTA, Carlos Cezar Lobo. Meteorologia na aeronáutica. 2006
ANDRADE, Kelen Martins. Climatologia e comportamento dos sistemas frontais
sobre a América do Sul. 2007
MONTEIRO, Maurici Amantino. Dinâmica atmosférica e a caracterização dos
tipos de tempo na bacia hidrográfica do Rio Araranguá. 2007
28
ANEXO A- Fotos da neve ocorrida no Rio Grande do Sul.
29
30
Fonte: METSUL