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VII.29
DESENVOLVIMENTO DE UMA BANDA CONVECTIVA ASSOCIADA A
UMA FRENTE FRIA - ESTUDO DE CASO
Rubens Leite VIANELLO*
R.M. THEPENIER**
M.F.R. CAYLA**
J.P. CHALON**
RESUMO
Uma banda de precipitação convectiva, que se desenvolveu den
tro do setor quente, à frente e paralelamente a uma frente fria
do tipo anabático, foi estudada a partir de um conjunto de obser
vações de superfície e de ar superior, valendo-se ainda de ima=
gens de satélites nas faixas visível e infravermelho, além de i
magens de radar, de uma rede de estações automáticas, aviões, etc.
Utilizou-se de um sistema de tratamento de imagens de satélites,
aplicando-se a técnica de máscaras sobre os "pixels" não utilisá
veis, eliminando-se assim as nuvens baixas e o solo. A banda ini
ciou seu desenvolvimento a partir de 12 TU, sobre a cadeia de pi
rineus, no Sudoeste da França, localizando-se a 60 km antes
de
uma frente fria que se aproximava, intensificando-se a partir
de 14h30TU, com topos atingindo 5500 m e ecos de 25 a 30 dBZ. Ve
ri ficou-se o desenvolvimento progressivo da banda até 16 T~ quan
do atingiu 250 km de comprimento por 40 km.de largura, com ecos
de radar de até 40 dBZ. Os primeiros traços de precipitações foram registrados a partir de 14h30TU. As 15h30TU observaram-se cu
mulonimbus bem desenvolvidos, iniciando-se também o processo de
desagregação. As 16 TU atingiu-se o processo final de desagregação e o início de formação de uma nova banda, que chegou a 100 km
de comprimento e ecos de 35 dBZ. As 17 TU os cumulonimbus atingi
ram 12000 m. Atividades elétricas muito fortes foram registradas
às 15h08TU, 15h35TU e às 16h18TU. As condições termodinâmicas e
dinâmicas favoreceram o desenvolvimento das bandas. Apesar da fra
ca densidade espaço-tempo das observações, os resultados sugereri1
a Instabilidade Simétrica Condicional como o mecanismo mais plau
sível para explicar a formação das bandas estudadas.
-
* Departamento de Engenharia Agrícola-UFV-36570
Viçosa-MG
** C.N.R.M.-42, Av. G. Coriolis, 31057
Toulouse Cedex-France
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INTRODUÇÃO
Os sistemas frontais representam a componente principal do
tempo que afeta a atmosfera terrestre nas latitudes médias;
por
isso tais sistemas têm sido objeto de numerosos estudos há dois
séculos. Em 1919 um importante passo foi dado, com a apresentação
da Teoria Norueguesa, por Bjerknes. Em grande escala, os sistemas frontais desempenham um importante papel nos transportes de
energia entre o Equador e os Polos, bem como entre a baixa e a
alta troposfera.
Mesmo que as características gerais dos sistemas
frontais
já sejam bem conhecidas graças à Teoria Norueguesa e aos modelos
de previsão numérica, resta ainda mal conhecido o comportamento
dinãmico da estreita ~ona· frontal onde predominam os fortes gradientes horizontais (CHALON, 1987).
Recentemente, inúmeros pesquisadores têm se dedicado ao e~
tudo de bandas de .P~cipitação de escala média, situadas à frente e paralelamente aos sistemas frontais, com larguras médias en
tre 5 e 50 km e comprimentos de algumas centenas de quilômetros
(HOUZE et alii, 1976; BROWNING et alii, 1970; HEYMSFIELD, 1979;
CARBONE, 1982). Nessa linha, MATEJKA et alii (1980) propuseram uma
classificação das bandas de precipitação associadas aos sistemas
frontais, considerando a escala, a localização e a orientação em
relação às frentes. As bandas largas são tipicamente de 50 a 75
km de largura e de algumas centenas de comprimento na direção pa
raleIa à frente; as bandas estreitas possuem em torno de 5 a 20
km de largura e sua orientação depende
de seu tipo e de sua localização. A Figura 1 mostra os tipos de bandas propostas.
FIGURA 1 - Tipos de bandas precipitantes de média escala, propostas por Matejka et alii, associadas aos ciclones extra
tropicais (MATEJKA et alii, 1980).
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Na Figura 1, a camada de nuvens superiores do ciclone
é
vista em branco. As bandas de nuvens baixas, são
identificadas
alfanumericamente, em cores menos escuras: 1) bandas associadas
à frente quente, (la) aparece à frente e paralelamente à superfície frontal quente, (lb) coincide com tal superfície; 2)
bandas precipitantes dentro do setor quente, que aparecem paralelas
e à frente da frente fria; 3) bandas pluviosas associadas à fren
te fria, do tipo (3a), bastante estreita e coincidente com a
passagem da frente fria,
(3b) mais larga, podendo estar super
posta ou encontrar-se à retaguarda da estreita banda
pluviosa
da frente fria; 4) bandas precipitantes associadas às
frentes
descontínuas, (4a) coincida com o limite frontal frio, à frente da frente fria principal, na região de oclusão
do ciclone,
(4b) são pequenas bandas convectivas situadas em geral
atrás
da frente avançada; 5) bandas precipitantes que se
desenvolvem
após a passagem e paralelamente à frente fria, dentro da
massa
de ar frio.
Diversas teorias foram propostas para explicar a organização mesosinótica em bandas de precipitação. Elas são
baseadas
na instabilidade da camada de Eckman, dentro da zona frontal,
nas ondas de gravidade geradas ao nível da frente, na advecção
diferencial, nos efeitos do cisalhamento vertical, etc. (BENNETTS
e HOSKINS, 1979; Lindzen e Tung, citados por HEYMSFIELD, 1979).
METODOLOGIA
Para esta pesquisa foram utilizadas imagens do
satélite
METEOSAT, nas faixas do visível e do infravermelho, para o dia
02 de junho de 1984, cobrindo o território francês e áreas cir
cunvizinhas, em 256 por 256 pixels. As imagens foram tratadas
por meio do sistema EMIR (Equipement Météorologique pour Images
Reçues), do Centre National de Recherche Météorologique (CNRM)
de Toulouse - França. Simultaneamente, foram também utilizados
ecos de radar e uma rede de estações automáticas à
superfície,
além de radiossondagens que foram efetuadas a intervalos de uma
hora. Uma rede de medições elétricas e três aviões instrumentalizados foram ainda utilizados. Os dados coletados nessa
cam
panha foram úteis à produção de inúmeras outras pesquisas
na
linha de microfísica de nuvens e fenômenos de micro e mesoescalas associados aos sistemas frontais
(CHALON, 1987).
Para visualizar a formação e o desenvolvimento da
banda
frontal,
foram criadas imagens compostas
infravermelho-visí
veis. Para tal, aplicou-se sobre cada imagem uma
máscara de
pixels não utilizáveis, isto é, as nuvens baixas e o solo foram
eliminados. As precipitações associadas à banda foram registradas continuamente na rede de estações automáticas.
RESULTADOS
Observou-se a partir de 12:30 TU os primeiros traços
de
uma formação nebulosa no Sudoeste da França, sobre a Cadeia de pi
rineus. A banda de cirrus associada ao sistema frontal principal
achava-se a uma distãncia em torno de 60 km a oeste da região ob
r
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servada.
Às 13TU, a imagem composta permite visualisar claramente a
existência de um pequeno aglomerado, sobre os Pirineus franceses,
à semelhança de uma ponta de flexa dirigida para Nordeste, Figura 2. ~ importante observar que esta formação inicial não perten
ce àquela longa formação situada sobre o território espanhol, cu
ja extremidade mais avançada termina exatamente sobre os Piri=
neus espanhóis.
A sucessão de imagens até 15 horas mostra o desenvolvimento
progressivo da banda convectiva, sempre orientada a partir
dos
Pirineus no sentido Nordeste. Simultaneamente, a cobertura
de
cirrus associada ao sistema principal aproxima-se da banda convectiva em evolução, o que se traduz na aproximação
da frente
fria.
Entre 14:30TU e 15TU fracas precipitações foram observadas
sob a banda em desenvolvimento. Os topos chegaram a 5000 m e os
ecos de radar entre 25 a 30 dBZ.
A imagem de 15TU mostra a banda convectiva em sua extensão
máxima, isto é, 250 km, e largura em torno de 40 km.
A banda começa a desagregar-se às 15:30TU, registrando-se os
primeiros ecos de radar associados à presença de cumulonimbus bem
desenvolvidos.
A imagem composta de 16TU mostra a banda em desagregação,
com ecos de radar de 30 a 40 dBZ. Neste momento uma nova
banda
convectiva encontra-se em formação, provavelmente associada à de
sagregação da primeira (ATLAS et alii, 1969). A segunda
banda~
com 100 km de extensão e ecos de 35 dBZ, começa a desenvolver-se.
Às 17:26TU assistiu-se à desativação da primeira banda, com
topos de 6000 e 7000 m.
Entre 16 e 18TU a segunda banda intensificou-se:observaramse ecos de 55 dBZ às 16:20TU e às 17:12TU. O topo máximo foi observado às 17TU: 12000m. Às 16:30TU a banda foi coberta pela ca
mada de cirrus do sistema frontal, verificando-se uma generaliza
ção das precipitações a partir desse instante.
Forte turbulência foi observada por uma aeronave PIPERentre
15:52TU e 16:38TU na base da primeira linha convectiva. Em segui
da, na porção oeste da segunda banda, a 2000 m de altitude, veri
ficou-se uma alimentação turbulenta muito violenta. Atividades e
létricas muito fortes foram registradas às 15:08TU e 15:35TU, com
fortes descargas às 16:18TU.
Segundo a classificação apresentada na Figura 1, a principal banda aqui estudada é do tipo 2, ou seja, uma banda precipitante dentro do setor quente, paralela e à frente da frente fria;
a parte mais larga da banda chegou a 40 km e sua extensão máxima atingiu 250 km. As precipitações registradas durante o desen
volvimento das duas bandas convectivas caracterizaram-se
como
chuvas rápidas e intensas.
As condições termodinâmicas e dinâmicas observadas durante
o dia mostraram-se francamente favoráveis ao desenvolvimento da
banda convectiva e à chegada posterior da frente fria (VIANELLO,
1987). Os perfis verticais-transversais mostraram as seguintes
características principais:
- encontro nítico de duas massas de ar de temperaturas dife
rentes, com o ar quente colocando-se acima de urna fina 1 {naua ne
ar frio, precedendo à chegada da frente fria, entre 09 e 14TU;
-grande concentração de vapor d'água próximo ao solo, parti
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t
~ .-----
16:30 TU
FIGURA 2 - Evolução de uma banda convectiva sobre a região Su
doeste da França, em 02 de junho de 1984, de 13 às
16:30 TU, dentro do setor de ar quente, paralela e
à frente de uma frente fria do tipo anabático.
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cularmente até 16TU, verificando-se movimentos verticais associa
dos à concentração de vapor d'água;
- variações verticais da temperatura potencial equivalente,
evidenciando zonas de instabilidade potencial;
- a energia potencial por ascendência úmida, dentro da cama
da convectiva mostrou a presença de uma instabilidade muito forte, entre la e 14TU e entre os níveis de 500 e 800 hPa;
- dois núcleos de ventos fortes foram registrados,
um
a
27ShPa (corrente do jato) e outro dentro da camada limite
(jato
de baixos níveis); o vento mostrou trocas de direções
acentuadas, principalmente abaixo de 750 hPa;
- o cam~o d~ velocidade vertical dentro da camada limite a~1
presentou tres celulas: uma ascendente forte, chegando a 72 cm s ,
entre
e 16TU, outra ascendente secundária às 20TU, ch~~ando a
13cm s
e, entre as duas, uma subsidência, com -23 cm s
,
às
17TU;
- a superposição do campo de temperatura potencial equivalente sobre o campo da circulação do ar, num plano perpendicular
à banda frontal, mostrou a estrutura de uma frente fria do tipo
"bático;
- uma zona de ascendência entre duas células de circulação
jas, entre 14 e ISTU sugere a existência de um mecanismo de
instabilidade do tipo Instabilidade Simétrica Condicioanal (BENNETTS
SHARP, 1982) pa~a explicar a formação e o desenvolvimento da ban
da convectiva estudada.
li
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