instituto federal de educação, ciência e tecnologia de santa catarina
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE SAÚDE E SERVIÇOS CURSO TÉCNICO DE METEOROLOGIA PROF. ORIENTADOR (A): CAMILA DE SOUZA CARDOSO ALINE DUTRA ANDRÉ TRIBUTINO BENTO ELIZABETT DE AGUIAR JULIANO JOÃO BENEDET SISTEMAS FRONTAIS E O ESTUDO DA OCORRÊNCIA DE GEADAS EM SANTA CATARINA FLORIANÓPOLIS DEZEMBRO DE 2009 RESUMO O estudo das massas de ar é uma importante parte da meteorologia para o entendimento das características da atmosfera. A partir das diferentes propriedades entre elas surgem os sistemas frontais, responsáveis por profundas mudanças nas condições do tempo por onde passam, influenciando também na formação de fenômenos meteorológicos, como a da geada. A geada, por sua vez, provoca um grande impacto na economia, e consequentemente na sociedade, ao causar danos às plantações. Assim, é neste contexto que este estudo foi desenvolvido, com o objetivo de compreender a formação, a evolução e os efeitos destes sistemas no Brasil, especialmente no estado de Santa Catarina, mediante a leitura de textos e de análises anteriores sobre os mesmos. Palavras-chave: Massas de ar. Sistemas frontais. Tempo. Geadas. LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - Atuação das massas de ar no Brasil durante o verão ...........................13 FIGURA 2 - Atuação das massas de ar no Brasil durante o inverno.........................13 FIGURA 3 - Frente quente ........................................................................................15 FIGURA 4 - Frente fria ..............................................................................................16 FIGURA 5 - Frente oclusa .........................................................................................17 FIGURA 6 - Sistema frontal clássico .........................................................................19 FIGURA 7 - Processo de evolução de um sistema frontal e ciclogênese .................20 FIGURA 8 - Gráfico da média sazonal de sistemas frontais em relação ao seu deslocamento no período de 1980-2002 ...................................................................22 FIGURA 9 - Geada de radiação ................................................................................26 FIGURA 10 - Geada de advecção.............................................................................27 FIGURA 11 - Gráfico da variação mensal de ocorrência e intensidade de geadas em Santa Catarina entre junho e setembro de 2009.......................................................30 FIGURA 12 - Gráfico da variação do número de ocorrência de geadas por mesorregião catarinense entre junho e setembro de 2009 .......................................32 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CCM Complexo convectivo de mesoescala CIRAM Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina CO Centro-Oeste Ec Equatorial continental Em Equatorial marítima EPAGRI Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina Pm Polar Marítima Pc Polar Continental S Subsidência SAS Sul da América do Sul SBA Sul da Bahia SE Sudeste Tc Tropical continental Tm Tropical marítima ZCAS Zona de convergência do Atlântico Sul ZCIT Zona de convergência intertropical SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................6 2 MASSAS DE AR.....................................................................................................8 2.1 Classificação das Massas de Ar...........................................................................8 2.1.1 Massa de Ar Quente..........................................................................................9 2.1.2 Massa de Ar Frio ...............................................................................................9 2.2 Atuação das Massas de Ar na América do Sul ..................................................10 2.2.1 Massas de Ar Equatorial continental (Ec) e Equatorial Marítima (Em) ............10 2.2.2 Massa de Ar Tropical continental (Tc) .............................................................10 2.2.3 Massa de Ar Tropical Marítima (Tm) ...............................................................11 2.2.4 Massa de Ar Polar Continental (Pc) e Polar Marítima (Pm) ............................11 3 FRENTES...............................................................................................................14 3.1 Classificação das Frentes ..................................................................................14 3.1.1 Frente Quente ..................................................................................................15 3.1.2 Frente Fria.......................................................................................................16 3.1.3 Frente Oclusa..................................................................................................17 3.1.4 Frente Estacionária .........................................................................................18 4 SISTEMAS FRONTAIS.........................................................................................19 4.1 Comportamento Sazonal dos Sistemas Frontais ...............................................20 5 OCORRÊNCIA DE GEADAS................................................................................24 5.1 Classificação das Geadas ..................................................................................25 5.1.1 Geadas de Radiação.......................................................................................25 5.1.2 Geadas de Advecção ......................................................................................26 5.1.3 Geadas Mistas ................................................................................................27 5.1.4 Geadas de Evaporação...................................................................................27 5.2 Ocorrência de Geadas no Brasil ........................................................................27 5.2.1 Ocorrência de Geadas em Santa Catarina......................................................28 5.3 Geada Branca e Geada Negra...........................................................................28 5.4 Efeitos das geadas na agricultura, na economia e na sociedade.......................28 6 ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DA OCORRÊNCIA DE GEADAS EM SANTA CATARINA ENTRE OS MESES DE JANEIRO E SETEMBRO DE 2009.................30 7 CONCLUSÃO ........................................................................................................33 REFERÊNCIAS.........................................................................................................35 1 INTRODUÇÃO A atmosfera terrestre está em constante transformação. A todo o momento há variação de temperatura, pressão, ventos, nuvens, entre várias outras mudanças. A aproximação de uma massa de ar altera as condições meteorológicas de um determinado local. A primeira visualização desta mudança é a chegada de uma frente, que altera o tempo deste local, e dependendo do tipo de frente, pode provocar chuva forte, acompanhada de fortes tempestades. Após a passagem frontal, a massa de ar ocupa o espaço, impondo as suas propriedades termodinâmicas (temperatura, umidade) sobre a região atingida. A associação entre frentes e um sistema de baixa pressão é denominada sistema frontal, um sistema sinótico que também exerce grande influência nas condições de tempo. Uma dessas influências ocorre no processo de formação das geadas. As geadas se formam durante noites frias, sob condições e fatores específicos, tratando-se do depósito de gelo em superfícies próximas ao solo. Responsáveis por um efeito danoso à agricultura, as geadas arruínam plantações e provocam graves perdas econômicas. Com base em estudos anteriores e análises climatológicas sobre as massas de ar e os sistemas frontais, além do auxílio e ensinamentos compartilhados com professores do Curso Técnico de Meteorologia, o estudo aqui apresentado visa compreender a formação, a estrutura, a evolução, a classificação e os efeitos causados por estes sistemas. Este mesmo estudo também procura conhecer as condições para a formação das geadas, a sua classificação e o seu impacto socioeconômico. Além disso, conta com um estudo de caso das ocorrências de geadas no estado de Santa Catarina, durante os meses de janeiro a setembro de 2009, mediante dados fornecidos pela EPAGRI/CIRAM (Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina), observando os meses com o maior número de formações e as regiões mais afetadas. 7 Assim se caracterizam os objetivos que impulsionaram o desenvolvimento deste estudo: a) conhecer os processos de formação e trajetória das massas de ar atuantes na América do Sul; b) compreender os processos de formação, evolução e dissipação dos sistemas frontais, observando as mudanças nas condições de tempo antes e após a sua passagem; c) identificar o processo de formação de geadas e regiões que ocorrem com maior predomínio; d) verificar a ocorrência de geadas em Santa Catarina no ano de 2009, elaborando gráficos para análise das ocorrências mensais. 2 MASSAS DE AR Uma massa de ar é uma grande porção de ar, espalhado por milhares de quilômetros sobre uma superfície. Nesta região, a temperatura e a umidade do ar (propriedades termodinâmicas) sofrem pouca variação, alcançando praticamente um estado de equilíbrio (QUADRO e BECK, 2003). Essas grandes porções de ar formam-se quando uma parte da atmosfera mantém-se em contanto por muito tempo com uma grande área da superfície terrestre que possua propriedades termodinâmicas homogêneas, como desertos, regiões polares, trópicos, oceanos e florestas. Devido ao contato com a superfície, o ar adquire essas propriedades, e dependendo do tempo de contanto do ar com esta superfície, a massa de ar pode se tornar cada vez mais espessa. Um dos fatores indispensáveis para a homogeneidade da temperatura e da umidade é a fraca circulação de ventos, como afirma Varejão-Silva (2006, p.369): “Para que o contato com o ar com a superfície seja efetivamente prolongado, impõese uma condição dinâmica: a presença de um amplo anticiclone na região, assegurando a divergência à superfície [...].”. A presença da área de alta pressão diminui a turbulência mecânica e a velocidade do vento, que modificariam as propriedades físicas do ar, impedindo a formação de uma massa de ar. A região polar apresenta as melhores condições para a formação de uma massa de ar, enquanto os trópicos, embora apresentem superfícies uniformes, concentram regiões de baixa pressão, que favorecem a circulação do ar, dificultando a formação destas grandes porções de ar. A atuação das massas de ar numa determinada região provoca profundas mudanças nas condições meteorológicas em função da imposição de suas características, temperatura, pressão e umidade, nela. 2.1 Classificação das Massas de Ar Com a circulação geral da atmosfera, as massas de ar geralmente são carregadas para fora das regiões de origem, influenciando nas condições meteorológicas presentes nas regiões por onde passam, conforme as características 9 que apresentam. De acordo com tais características, uma massa de ar pode ser classificada como quente ou fria (QUADRO e BECK, 2003). 2.1.1 Massas de Ar Quente Uma massa de ar é denominada quente quando esta avança sobre uma região com o ar mais frio que o seu. A aproximação da mesma mantém a estabilidade do tempo, devido ao resfriamento da superfície da região pela perda de calor do ar quente com o contanto com o ar frio. Este resfriamento superficial favorece a formação de nevoeiros e de nuvens baixas, como estratos e estratocumulus, podendo provocar precipitação, embora fraca (VAREJÃO-SILVA, 2006). 2.1.2 Massas de ar Frio. Uma massa de ar é designada como fria quando ela se desloca sobre uma região com temperaturas maiores. Sua aproximação favorece o movimento convectivo do ar, conforme a elevação do ar quente, devido às diferenças de densidades entre o ar frio e o ar quente. Assim, percebe-se uma redução brusca de temperatura e a precipitação torna-se intensa, podendo vir acompanhada de tempestades (VAREJÃO-SILVA, 2006). As massas de ar ainda podem ser classificadas conforme as suas propriedades térmicas da região sobre a qual se formaram, e através das características de umidade, como destacam Quadro e Beck (2003): Assim, o sistema de classificação das massas de ar mais comumente usado baseia-se nas propriedades térmicas da superfície sobre a qual as massas de ar originam-se, ou seja: massa de ar equatorial (E), tropical (T), polar (P) e, menos frequentemente, massa ártica ou antártica (A). [...]. As características de umidade são representadas pelos termos “continental” (c) e “marítima” (m), correspondendo ao ar se co e úmido, respectivamente. Os autores ainda destacam que uma massa de ar pode originar-se da subsidência (S) do ar troposférico superior, como consequência de um anticiclone em superfície. 10 2.2 Atuação das Massas de Ar na América do Sul A América do Sul sofre influência de várias massas de ar e a circulação das mesmas pela região é conduzida conforme a localização, a intensidade e a configuração de anticiclones, que condicionam a circulação dos ventos, das regiões de alta pressão para as de baixa pressão, na atmosfera. O continente sul-americano e as regiões equatorial e antártica possuem grandes áreas cujas superfícies mantêm propriedades específicas que favorecem a formação de massas de ar, como a Amazônia. Além disso, a Cordilheira dos Andes exerce um importante papel ao influenciar o comportamento dessas porções de ar, impedindo que uma massa de ar a oeste passe para a faixa a leste da cordilheira (CAMARGO, PALMEIRA E FREDIANI, 2004). 2.2.1 Massas de Ar Equatorial Continental (Ec) e Equatorial Marítima (Em) Formam-se na região equatorial sul-americana, uma região de grande movimentação convectiva, devido à presença de baixas pressões em superfície, que provocam a convergência de ventos. A Em origina-se sobre a região oceânica do Atlântico e do Pacífico, influenciada pela convergência dos ventos alísios, formando a zona de convergência intertropical (ZCIT). Essas massas de ar têm grande influência no tempo durante o verão, estendendo-se em direção ao sul, enquanto no inverno dirigem-se à porção norte do Equador (QUADRO e BECK, 2003). 2.2.2 Massa de Ar Tropical Continental (Tc) Forma-se próxima a região central do continente, em associação à Baixa do Chaco, um sistema de baixa pressão alimentado pelo aquecimento da região central da América do Sul que dá origem a um intenso movimento convectivo na região. Assim, origina-se uma massa de ar quente e seca, que favorece o aquecimento durante o dia e o resfriamento durante a noite, com poucas chances de precipitação (DINIZ, 2009). 11 2.2.3 Massa de Ar Tropical Marítima (Tm) Origina-se sobre os oceanos Atlântico e Pacífico, conforme a configuração dos anticiclones do Atlântico Sul e do Pacífico Sul, como afirmam Quadro e Beck (2003): Os anticiclones, à superfície, induzem a subsidência do ar superior, [...]. este ar subsidente, quente e seco, sobrepondo-se ao ar úmido e menos aquecido que repousa sobre a superfície oceânica, dá origem a uma camada de inversão situada entre 500 e 1500 m de altitude. Portanto, essa massa de ar é formada por uma camada fria e úmida em superfície e por outra quente e seca superior. A camada úmida da parte inferior dessa massa de ar favorece a formação de nuvens do tipo cumulus de pequena extensão vertical, que provocam chuvas fracas. Quadro e Beck (2003) ainda afirmam que: “No inverno, com o deslocamento do Anticiclone do Atlântico Sul para o continente, a Tm passa a ser uma massa puramente subsidente continental”, assim esse movimento descendente do ar não cria condições propícias para a formação de nuvens, mantendo o céu aberto, sem chuvas. A Tm do Pacífico ainda consegue “transbordar” sobre os Andes, fortalecendo a Baixa do Chaco como uma brisa de montanha. 2.2.4 Massa de ar Polar Continental (Pc) e Polar Marítima (Pm) Na Antártica, uma região coberta por gelo durante todo o ano, atua um anticiclone polar, onde há divergência de ventos, e estes se deslocam em direção à região subantártica, formando as massas de ar polar. A Pc é uma massa fria e seca, que não tem influencia significativa na América do Sul, tornando-se instável devido à perda de suas características originais ao cruzar o Atlântico Sul. Porém, a Pm é muito estável, forma-se sobre o oceano penetra no continente pelo oeste ou pelo sul/sudeste (CAMARGO, PALMEIRA e FREDIANI, 2004). É uma massa de ar fria e úmida, que conforme avança pelo continente vai perdendo a sua intensidade e se torna instável. Mesmo assim, no Brasil, ela atinge intensamente as Regiões Sul e Sudeste, principalmente durante o inverno, provocando uma queda brusca na temperatura e contribuindo para 12 aumentar o índice de precipitação média. Devido ao efeito canalizante andino, essa massa de ar frio consegue permanecer sobre o continente, conseguindo, às vezes, força para atingir as Regiões Norte e Nordeste, provocando fenômenos como a “friagem”, embora com menos força (ANDRADE e CAVALCANTI, 2007). As figuras 1 e 2 apresentam a atuação das massas de ar no Brasil durante os meses de verão e de inverno, relacionando-a com as condições meteorológicas causadas por elas. Nota-se que durante o verão, a massa de ar Equatorial continental (MEC) age levando a umidade amazônica para a região central do Brasil e as massas de ar Equatorial atlântica (MEA) e Tropical atlântica (MTA) também colaboram para configurar um período de chuvas na maior parte do território brasileiro. A massa de ar Polar atlântica (MPA) apresenta apenas uma ligeira passagem pela Região Sul, podendo provocar uma pequena queda na temperatura e um aumento no índice de chuvas, enquanto a Tropical continental, quente e seca, atua na faixa oeste do país. No inverno, observa-se que a atuação das massas Equatorial atlântica e Equatorial continental é atenuada, resumindo-se a provocar chuva nas Regiões Norte e Nordeste, e a Tropical atlântica continua atuar no país, porém restrita às Regiões Sudeste e Nordeste. Enquanto isso a massa Polar atlântica avança intensamente pelo país, provocando queda de temperatura em diversas regiões e provocando um período de estiagem na Região Centro-Oeste. A massa de ar Tropical continental geralmente não atua nesta época do ano, devido ao resfriamento que prejudica o fortalecimento da Baixa do Chaco (LUCCI, BRANCO e MENDONÇA, 2003). 13 Fonte:<http://www.supletivounicanto.com.br/docs/cd/Fund/Geografia/03-%20fatores%20fisicos%20e%20naturais %20do%20Brasil.pdf> FIGURA 1 - Atuação das massas de ar no Brasil durante o verão. Fonte:<http://www.supletivounicanto.com.br/docs/cd/Fund/Geografia/03-%20fatores%20fisicos%20e%20naturais %20do%20Brasil.pdf> FIGURA 2 - Atuação das massas de ar no Brasil durante o inverno. 3 FRENTES Duas massas de ar podem atuar simultaneamente numa mesma região, mas suas propriedades termodinâmicas prevalecem. Segundo Varejão-Silva (2006, p. 372-373): Quando duas massas de ar de densidades diferentes tornam-se vizinhas, tendem-se a se manter individualizadas, como fluidos não miscíveis e, portanto, a conservar suas características particulares. Há entre elas uma camada de transição, normalmente com vários quilômetros de espessura, aonde se verifica mistura de ar das duas massas presentes. Essa camada de transição, denominada superfície ou zona frontal, é a região da massa de ar onde se observa a transferência de suas características, as quais são citadas por Scaglioni e Saraiva (2004): A zona frontal pode ser caracterizada por uma ou mais propriedades [...]. Zona de fortes gradientes de temperatura, umidade, vorticidade e movimento vertical da direção perpendicular à frente; gradientes descontínuos de escala sinótica; um mínimo relativo de pressão, isto é, um centro de baixa; um máximo relativo de vorticidade ao longo da frente; uma zona de confluência ao longo da frente, forte cisalhamento vertical e horizontal ao longo da frente; mudanças rápidas das propriedades das nuvens e da precipitação. As frentes, citadas pelos autores, compreendem “linhas” que delimitam as fronteiras entre as massas de ar, onde se verifica, portanto, grandes mudanças nas condições do tempo, que surgem devido às propriedades termodinâmicas contrastantes entre as massas de ar (frontogênese). 3.1 Classificação das Frentes A classificação das frentes frias decorre conforme as características termodinâmicas das massas de ar que as acompanham. Basicamente, elas são classificadas em frentes frias ou frentes quentes, podendo ainda ser descritas conforme o encontro de uma frente fria com uma quente (frente oclusa ou estacionária) (QUADRO e BECK, 2003). 15 3.1.1 Frente Quente Uma frente é denominada quente quando avança sobre uma área cujo ar possui uma temperatura inferior a dela, predominando, assim, o ar quente e úmido nesta região. Esse avanço denomina a frente quente como pós-frontal e a fria como pré-frontal (VAREJÃO-SILVA, 2006). Por ser menos denso que o ar frio, o ar quente avança sobre a superfície frontal da massa de ar fria, provocando uma acentuada queda da pressão atmosférica, aumento da nebulosidade, podendo inclusive ocasionar instabilidade suficiente para a formação de nuvens cumulonimbus (QUADRO e BECK, 2003). A figura 3 representa a aproximação de uma frente quente: o ar quente e úmido avança sobre o ar frio e seco, devido à diferença de densidades. Neste caso há formação de nuvens tipo cirrus, altostratus e nimbostratus, podendo ocorrer precipitação (SCHALANGER; WANTUCH e KALMÁR, 2003). Fonte: <http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1__Condi__es_meteorol_gicas___frentes/-_Frentes_2pz.html>. FIGURA 3 - Frente Quente. 16 3.1.2 Frente Fria Quando a massa pré-frontal é quente e a massa pós-frontal é fria tem-se uma frente fria, ou seja, o ar frio avança em direção ao ar quente “empurrando-o”, e, substituindo-o pelo ar frio (LUCCI, BRANCO e MENDONÇA, 2003). A aproximação de uma frente fria provoca chuvas fortes, podendo vir acompanhadas de violentas tempestades e eventos extremos. Após a sua passagem, observam-se fortes alterações no tempo da região atingida, como afirmam Quadro e Beck (2003): Com a passagem da frente há um aumento da pressão, uma queda brusca e grande de temperatura, um aumento na força do vento e uma variação na sua direção. Essas alterações são comumente seguidas por um rápido clareamento do tempo [...]. A figura 4 representa uma frente fria, em que o ar frio impele o ar quente. A aproximação deste tipo de frente pode contribuir para a formação de sistemas convectivos, como as nuvens tipo cumulonimbus, responsáveis por altos índices de precipitação e que podem dar origem a tempestades (SCHALANGER; WANTUCH e KALMÁR, 2003). Fonte: <http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1__Condi__es_meteorol_gicas___frentes/-_Frentes_2pz.html>. FIGURA 4 - Frente Fria. 17 3.1.3 Frente Oclusa A oclusão ocorre quando uma frente fria e uma frente quente encontram-se. O ar frio, por ser mais denso, tende a ficar sob o ar quente. Segundo Varejão-Silva (2006, p. 378): A densidade do ar frio (procedente do pólo), sendo maior que a do ar quente (oriundo da zona tropical), o obriga a se manter justaposto à superfície, se opondo ao movimento ascendente imposto pela circulação ciclônica inerente ao centro de baixa pressão presente. Assim, ocorre a ascensão do ar quente, impulsionada pela área de baixa pressão presente em superfície. A figura 5 apresenta uma oclusão de frentes, em que a frente fria alcança a frente quente. A zona que provoca a ascensão do ar quente é denominada frente oclusa. As condições de tempo presentes numa região atingida por uma frente oclusa são complexas, com precipitação geralmente associada à elevação do ar quente. Fonte: <http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1__Condi__es_meteorol_gicas___frentes/-_Frentes_2pz.html>. FIGURA 5 - Frente oclusa. 18 3.1.4 Frente Estacionária Uma frente estacionária ou quase estacionária forma-se quando uma frente (quente ou fria) “para” sobre uma região. Neste caso, não há fluxo de ar para a massa de ar frio ou para a massa de ar quente, formando uma linha paralela e estacionária entre as duas massas de ar (DINIZ, 2009). Quando a frente volta a se movimentar, ela passa a ser considerada quente ou fria, dependendo da direção na qual o fluxo de ar se dirigir. A faixa fronteiriça entre as duas massas de ar pode apresentar precipitação, geralmente fraca. Porém, se a frente ficar estacionada sobre uma região durante muito tempo, o acumulado de chuva pode tornar-se significativo. Mudanças na temperatura e na direção dos ventos também são observadas durante a passagem desta frente (CAMARGO, PALMEIRA e VENDRASCO, 2003). 4 SISTEMAS FRONTAIS Um sistema frontal é caracterizado pela união de frentes e de uma área de baixa pressão. Classicamente composto por uma frente quente, uma frente fria e um região de baixa pressão em superfície (ciclone). Os sistemas frontais são fenômenos atmosféricos muito importantes, devido ao fato de causarem tempestades, chuvas fortes, geadas entre outras formas de manifestações do tempo (ANDRADE e CAVALCANTI, 2007). A figura 6 apresenta um sistema frontal, descrito como clássico por Andrade e Cavalcanti (2007, p.33), com a frente fria (representada pelos triângulos azuis), a frente quente (representada pelos semicírculos vermelhos), juntas ao sistema de baixa pressão em superfície que, neste caso por estar no Hemisfério Sul, gira em sentido horário. Fonte: < http://200.221.3.124/perguntadodia.html/16/o_que_quer_dizer_sistema_frontal_subtropical_/>. FIGURA 6 - Sistema frontal clássico. O diagrama abaixo (figura 7), proposto por Quadro e Beck (2003), representa o processo de evolução de um sistema frontal no Hemisfério Sul. O sistema surge com o encontro entre frentes, e entre elas origina-se uma área de baixa pressão. Devido à Força de Coriolis, o movimento das massas de ar faz surgir um “braço” 20 entre as duas frentes, que dará início à oclusão das duas frentes e à formação de um ciclone extratropical (ciclogênese). 1. As depressões começam com uma 2. Torcidas pelo efeito Coriolis, as duas saliência na frente polar, onde o ar polar massas de ar giram em torno de uma e o tropical se encontram. área de baixa pressão que se aprofunda. 3. A torção da frente desenvolve dois 4. Finalmente, a frente fria alcança a braços – a frente quente e a frente fria – frente quente, erguendo-a do chão para e se move lentamente para leste. criar uma frente "oclusa". Fonte: QUADRO, Mário; BECK, Eduardo (2003). FIGURA 7 - Processo de evolução de um sistema frontal e ciclogênese. Quando uma frente começa a perder suas propriedades termodinâmicas, que contrastam entre as massas de ar, ela começa a sofrer o processo da frontólise. As propriedades de uma massa de ar passam a prevalecer, e o sistema frontal chega ao seu estágio terminal. 4.1 Comportamento Sazonal dos Sistemas Frontais No Brasil, o número de sistemas frontais, a sua intensidade e o seu movimento em direção à região tropical variam conforme as estações do ano. Uma análise da ocorrência mensalmente destes sistemas feita por Andrade e Cavalcanti (2007, p.70) entre os anos de 1980 e 2002, mostra que nos meses de inverno 21 registram-se mais sistemas frontais que no verão, e que a ocorrência destes diminui à medida que a latitude da área observada decresce. Nos meses de verão, segundo Andrade (2007, p.62): [...] as frentes não conseguem atingir latitudes mais baixas, restringindo sua ação sobre as Regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste. [...] O menor número de sistemas frontais que atingem latitudes mais baixas no verão pode ser devido à ocorrência da ZCAS [Zona de Convergência do Atlântico Sul] que, persistente sobre as Regiões Sudeste e Centro-Oeste, faz com que as frentes se desloquem apenas até essas áreas. As autoras citam essa zona de convergência, uma banda de nebulosidade orientada no sentido Noroeste-Sudeste na região central do país como um possível fator responsável pela fraca atuação dos sistemas frontais na Região Nordeste. Lemos e Fisch (2001, p.685) citam alguns fatores responsáveis pelo enfraquecimento dos sistemas frontais e pela frontólise no verão, como a atuação da Baixa do Chaco, que é muito intensa nesta época do ano, responsável pela absorção do sistema. Assim, a instabilidade permanece sobre a Região Sul. Ainda segundo os autores (2001, p.685): “Outros sistemas frontais passam pela Região Sul provocando chuvas isoladas [...], deslocando-se para Sudeste já enfraquecidos”. Nos meses de inverno, a atuação de um anticiclone no Atlântico Sul (formado pelas massas de ar Tropical Atlântica e Equatorial Atlântica) inibe a passagem de frentes frias sobre a Região Sudeste, e o tempo estável prevalece, assim também como a formação de nevoeiros na região litorânea do Sul e do Sudeste. Entretanto, quando uma frente fria chega à Região Sul, o anticiclone começa a ser dividido, dando espaço ao avanço da frente pela região, chegando ao Nordeste, com chances de manter instabilidade no local (LEMOS e FISCH, 2001). Nessa época, há uma maior variação de temperatura entre as massas de ar, e estas chegam a atingir a região central do país, algumas inclusive até a Região Norte, originando o fenômeno conhecido como “friagem”, segundo Fortune e Kousky (1983 apud ANDRADE e CAVALCANTI, 2007, p.60). Enfraquecida pela massa de ar Polar, a Baixa do Chaco não afeta a passagem do sistema frontal, que consegue atravessar o Trópico de Capricórnio com intensidade. Lemos e Fisch (200, p.685) ainda destacam que os sistemas frontais de inverno são fracos em relação à quantidade de chuva, mas provocam acentuadas quedas de temperatura, favorecendo a ocorrência de geadas e, algumas vezes, de neve, principalmente na Região Sul. 22 No outono e na primavera, os sistemas frontais que passam pelas Regiões Sul e Sudeste geralmente são fracos, já próximos ao estágio da frontólise, provocando chuva no litoral das duas Regiões. Porém, neste período é comum a formação dos complexos convectivos de mesoescala (CCM) entre o Paraguai e o norte argentino, responsáveis por causarem fortes tempestades ao se deslocarem para o Sul do Brasil (LEMOS e FISCH, 2001). O gráfico da (figura 8, elaborado por Andrade e Cavalcanti (2007, p.63), apresenta uma análise mensal da média da passagem dos sistemas frontais pelo Brasil, relativa às estações do ano e às rotas na qual eles se deslocam. Foram contabilizados os sistemas frontais que se dirigem para a região especificada e em seguida rumam para o oceano, não prosseguindo sobre a região. Fonte: Andrade, K. M.; CAVALCANTI I. F. A. (2009). FIGURA 8 – Gráfico da média sazonal de sistemas frontais em relação ao seu deslocamento no período de 1980-2002. De acordo com o gráfico, no verão, o número de sistemas que passaram pelas regiões Sul, Sudeste (SE), Centro-Oeste (CO) e Sul da Bahia (SBA) e que em seguida rumaram para o oceano foi maior no verão, quando não conseguem atingir latitudes menores. Resgistra-se também o maior número de sistemas frontais que nem chegam a atingir o território brasileiro, afetando o sul da América do Sul (SAS), ou passando apenas pelo oceano. Porém no inverno, o número de sistemas que conseguem chegar as regiões Sudeste, Centro-Oeste e ao Sul da Bahia antes de se 23 deslocarem para o oceano foi maior, quando as condições, portanto, estão mais favoráveis ao avanço dos mesmos (ANDRADE e CAVALCANTI, 2007). 5 OCORRÊNCIA DE GEADAS Durante o inverno, após a passagem de um sistema frontal pela Região Sul do país, é comum a ocorrência de uma diminuição da temperatura do ar. A sequência de frentes frias originadas nas altas latitudes e invadem o território brasileiro traz consigo as massas de ar frio e seco e um anticiclone em baixos e médios níveis da atmosfera. Este por sua vez, devido ao movimento subsidente do vento, inibe a formação de nebulosidade e também forma um bloqueio, impedindo que outros sistemas entrem na região, e desviando-os para o oceano. O ar frio provoca uma queda acentuada de temperatura, proporcionando condições favoráveis à ocorrência de geadas. Se o deslocamento destes sistemas frontais for mais rápido, ele favorece em um aumento da velocidade de entrada da massa de ar frio, colaborando ainda mais para formação das geadas (ALGARVE e CAVALCANTI, 1994). Em um estudo feito entre os anos de 1980 e 1989 sobre a circulação atmosférica durante a ocorrência de geadas no Brasil, Algarve (1996), também destaca que em altos níveis, que há predomínio de ventos sul/sudoeste, transportando o frio da área polar para as baixas latitudes. Conforme afirmam Aguiar e Mendonça (2004, p.763): As geadas ocorrem quando a temperatura do ar próxima ao solo cai abaixo de 0ºC. Dependendo da quantidade de vapor d’água existente no ar ela pode ou não vir acompanhada de depósitos de cristais de gelo sobre o solo, vegetação ou qualquer superfície exposta. Os cristais de gelo se depositam em condições semelhantes das que formam o orvalho. Portanto, a geada é um processo de deposição, pois o vapor d’água existente próximo à superfície passa diretamente para o estado sólido. É importante ressaltar que a geada não é o orvalho congelado, pois este é o congelamento de gotas d’água, formadas por calor latente de condensação do vapor d’água, próximas ao solo, não apresentando gelo cristalino (VAREJÃO-SILVA, 2006). Com a tendência de escoar para os vales, ar frio acumula-se nas áreas mais baixas, onde há pouca circulação de ventos. Assim, as geadas formam-se mais facilmente em regiões baixas do que em zonas planálticas e de encostas (SILVA, 2008). Alguns fatores, a continentalidade, o relevo e a latitude (topografia), 25 influenciam no processo de formação e intensificação das geadas. O aumento no valor latitudinal implica na diminuição da temperatura, devido à forma como os raios solares incidem na superfície terrestre, de forma perpendicular à região equatorial e mais oblíqua aos polos, chegando de forma inclinada às menores latitudes, concedendo menos energia, e consequentemente menos aquecimento. Além disso, quanto menor a latitude, maior a proximidade da região polar, e assim as massas de ar frio podem chegar a essa região com mais intensidade em menos tempo. A temperatura também decresce com o aumento da altitude e com a continentalidade, esta devido à diferença entre o calor específico da terra e da água (TORRES, 2008). 5.1 Classificação das Geadas A classificação das geadas é realizada conforme as condições existentes para a sua formação. Elas são classificadas como geadas de radiação, de advecção mistas ou de evaporação (ABREU, RIBEIRO e MONTEIRO, 2000). 5.1.1 Geadas de Radiação As geadas de radiação ocorrem em noites de céu limpo, sem nebulosidade, com baixa umidade do ar e calmaria, ou com vento fraco. Nessas noites, há uma grande perda da radiação terrestre, provocando um resfriamento brusco da superfície. Dessa forma, ocorre uma inversão térmica, pois a temperatura passa a crescer com a altitude. A ocorrência desse tipo de geada geralmente é localizada (FIRPO, 2008). A figura 9 apresenta um diagrama criado por Abreu, Ribeiro e Monteiro (2000, p.2), que exemplifica a formação de geadas por radiação em uma área de relevo acidentado. A superfície terrestre resfria-se, e assim forma-se uma inversão térmica, pois como o ar um pouco acima dela está mais aquecido, o ar frio e mais denso fica preso à superfície. 26 Fonte: ABREU, J. P. de Melo e; Ribeiro, A. C.; MONTEIRO, A. M. (2000). FIGURA 9 - Geada de Radiação. 5.1.2 Geadas de Advecção Também chamadas de geadas de massas de ar, de vento ou de ar gélido, as geadas de advecção estão associadas à entrada de uma massa de ar frio, acompanhadas por vento intenso e atingindo uma vasta área (ABREU, RIBEIRO e MONTEIRO, 2000). A figura 10, um diagrama proposto por Abreu, Ribeiro e Monteiro (2000, p.2), mostra as condições que possibilitam a formação de geadas por advecção. Na figura, as temperaturas mais baixas são registradas nas áreas superiores e médias, e as maiores ficam concentradas nas partes mais baixas, havendo assim uma estratificação da temperatura. 27 Fonte: ABREU, J. P. de Melo e; Ribeiro, A. C.; MONTEIRO, A. M. (2000). FIGURA 10 - Geada de Advecção. 5.1.3 Geadas Mistas As geadas mistas ou geadas de advecção-radiação são caracterizadas pelos dois tipos de formação citados anteriormente, uma associação do estacionamento ou da passagem lenta de uma massa de ar frio e seco com a perda da radiação terrestre durante a noite. As geadas mistas, geralmente, são mais intensas. 5.1.4 Geadas de Evaporação Quanto a este tipo de geada, Abreu, Ribeiro e Monteiro (2000, p. 2) afirmam que: “Ocorrem quando após a queda de aguaceiros de gotas frias, o vento intenso, conjugado a uma umidade do ar baixa, provoca uma secagem rápida da vegetação, levando-a a alcançar temperaturas negativas [...]”. A ocorrência de geadas de evaporação é menos freqüente que as de radiação, de advecção e as mistas. 5.2 Ocorrência de Geadas no Brasil No Brasil, a formação da geada é freqüente nos meses de outono e inverno, principalmente na região localizada ao sul da latitude -19º (RAFAELLI et al., 2006), atingindo os estados de Minas Gerais, São Paulo, Mato Grosso do Sul, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, considerada um fenômeno muito comum na 28 Região Sul do país. As invasões polares geralmente ocorrem entre os meses de abril e outubro. Porém, nas serras do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina, geadas podem se formar em outras épocas do ano. 5.2.1 Ocorrência de Geadas no Estado de Santa Catarina O período no qual é registrado o maior número de formação de geada no estado vai de maio a setembro, mas as primeiras invasões polares intensas de um ano iniciam-se ainda no mês de abril. Uma análise das ocorrências de geadas no estado entre os anos de 1980 e 2003, realizada por Aguiar e Mendonça (2004), comprova esta afirmação, mostrando ainda que o maior número de ocorrências é registrado nos meses de junho e julho. O mesmo estudo mostrou que os municípios mais atingidos no estado localizam-se nas Mesorregiões Serrana e Oeste, comprovando a influência da altitude e da continentalidade na formação de geadas. 5.3 Geada Branca e Geada Negra Os termos “geada branca” e “geada negra” são de origem rural e muito utilizados em estudos na área da agricultura devido aos efeitos que provocam nas plantações. A geada branca diz respeito à geada acompanhada pela cristalização da deposição do vapor d’água em superfícies de plantas. Por outro lado, a temperatura pode cair muito sem que haja a formação de gelo nas folhas das plantas, formando assim a geada negra. Este tipo de geada provoca a morte dos tecidos vegetais (necrose) e pode, inclusive, congelar a seiva da planta, deixando a planta com um aspecto negro, como se tivesse sido queimada. A geada branca também pode provocar danos à vegetação, mas em uma escala muito menor que a da geada negra (ABREU, RIBEIRO e MONTEIRO, 2000). 5.4 Efeitos das Geadas na Agricultura, na Economia e na Sociedade As geadas causam um efeito devastador na agricultura, destruindo diversos tipos plantações e provocando queda na produção, prejuízos na economia e dificuldades no abastecimento de alimentos para a população. Em alguns casos de 29 pequenos agricultores, os prejuízos com a plantação obrigam-nos a deixar o campo e migrar para as cidades em busca de uma nova oportunidade de emprego, acelerando o êxodo rural e aumentando a população dos centros urbanos. Outros agricultores tentam refazer as plantações com uma nova espécie de vegetal, que consiga suportar baixas temperaturas e as geadas. 6 ESTUDO DE CASO: ANÁLISE DA OCORRÊNCIA DE GEADAS EM SANTA CATARINA ENTRE OS MESES DE JANEIRO E SETEMBRO DE 2009 Durante os meses de janeiro e setembro de 2009, vários sistemas frontais atuaram sobre o estado de Santa Catarina, seguidos de invasões de massas de ar polares, que provocaram queda brusca de temperatura no estado. O gráfico da figura 11 apresenta a variação mensal de formação de geadas, considerando também a intensidade das geadas formadas em cada mês, através de observações realizadas em estações meteorológicas da EPAGRI/CIRAM. Fonte: EPAGRI/CIRAM FIGURA 11 - Gráfico da variação mensal de ocorrência e intensidade de geadas registradas em estações meteorológicas de Santa Catarina entre janeiro e setembro de 2009. A partir do gráfico, observa-se que o número de geadas foi maior durante os meses de junho e julho, período do ano no qual a entrada de massas de ar polar no Brasil é frequente e intensa. Nota-se que durante esses meses também foram registradas as geadas mais intensas, classificadas como forte, muito forte, excepcional ou extremamente forte, conforme a avaliação da EPAGRI/CIRAM. Os números mais significativos de formação de geadas iniciaram-se no mês de maio, quando há a tendência de iniciarem-se também a 31 chegada das massas de ar frio na região, e volta a decrescer no mês de setembro, com a aproximação do verão. Para registrar o número de geadas no estado durante o período, a EPAGRI/CIRAM contabilizou as ocorrências nas estações meteorológicas de Araranguá e Urussanga (Mesorregião Sul), Florianópolis e São José (Grande Florianópolis), Rio Negrinho e Major Vieira (Mesorregião Norte), Ituporanga, Rio do Campo e Blumenau (Vale do Itajaí), Caçador, Campo Erê, Chapecó, Itapiranga, Marcelino Ramos, Matos Costa, Nova Itá,, Ponte Serrada, São Miguel d’Oeste, Videira e Xanxerê (Mesorregião Oeste), Campos Novos, Curitibanos, Lages e São Joaquim (Mesorregião Serrana). Foram identificadas também geadas nos municípios de Urubici e Urupema, na Mesorregião Serrana, mas através de eventos reportados por moradores locais. Além disso, as geadas também foram classificadas em relação a sua intensidade, como fracas, moderadas, medianas, fortes, muito fortes, excepcionais ou extremamente fortes, além do registro de geadas fora das estações. No gráfico da figura 12, uma análise da formação de geadas por mesorregião do estado mostra que as mesorregiões Oeste e Serrana registraram o maior número de geadas. Embora a quantidade de municípios destas duas mesorregiões onde houve observação de tenha sido maior, é visível a grande diferença entre eles e os municípios das demais mesorregiões. Tal fato pode ser explicado devido à continentalidade (são as duas se encontram mais distantes do oceano) e a influência topográfica (ambas localizadas em áreas planálticas). Com base no gráfico ainda é possível perceber que não foram contabilizadas geadas na Mesorregião da Grande Florianópolis. 32 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Nº de ocorrências Fonte: EPAGRI/CIRAM FIGURA 12 - Gráfico da variação do número de ocorrência de geadas por mesorregião catarinense entre janeiro e setembro de 2009. No registro de geadas fornecido pela EPAGRI/CIRAM, chegou a ser observada ainda a queda de neve nos municípios de São Joaquim, Urupema e Urubici, no dia 02 de junho. Conclui-se, portanto, que durante o inverno as massas de ar polar exercem grande influência sobre Santa Catarina, devido à forte queda de temperatura que podem provocar, propiciando a formação de fenômenos como as geadas, e algumas vezes, de neve. Durante o ano de 2009, no período que compreende entre os meses de janeiro e setembro, a ocorrência permaneceu dentro do esperado, em relação aos meses com o maior número de formação e à intensidade das geadas, com ênfase para os meses de junho e julho. Os fatores continentalidade, relevo e altitude também influenciaram no processo de formação, com geadas mais frequentes e intensas nas mesorregiões Oeste e Serrana de Santa Catarina. 7 CONCLUSÃO Os sistemas frontais são fenômenos atmosféricos que exercem grande influência nas condições meteorológicas das regiões por onde passam. Tais sistemas formam-se a partir das diferenças das propriedades termodinâmicas das massas de ar, que são grandes porções de ar cujas propriedades são homogêneas, dependendo da área de contato superficial que tiveram quando se formaram (desertos, regiões polares, florestas densas). Duas massas de ar com características diferentes podem ser vizinhas, movimentando-se numa região, mas entre elas existe uma zona de contraste, que demarca a fronteira entre as duas. Esta zona chama-se superfície frontal, e a “linha” que demarca esta fronteira entre as duas massas de ar é denominada frente. As frentes também são classificadas, como frentes frias, quentes, oclusas e estacionárias, conforme a direção do movimento das massas de ar. Portanto, um sistema frontal é uma união entre frentes, atuando juntas a um sistema de baixa pressão em superfície. A passagem de um sistema frontal por uma determinada região acarreta em mudanças bruscas no tempo, podendo provocar, inclusive, fortes tempestades. Nos meses do outono e do inverno, após passagens frontais, é comum a ocorrência de invasões de massas de ar polar no Brasil, principalmente na Região Sul do país. Estas invasões provocam uma queda acentuada na temperatura do ar próxima à superfície, que unida a outros fatores, propicia a formação das geadas. As geadas são um fenômeno característico de regiões de baixa latitude, de alto relevo e distantes do oceano, onde atuam com maior intensidade e frequência. Quando atingem plantas vulneráveis às baixas temperaturas, as geadas podem provocar a morte dos tecidos vegetais das mesmas, causando um impacto gigantesco na agricultura, afetando a economia e o abastecimento alimentício da sociedade. O estado de Santa Catarina é um dos estados brasileiros mais afetados pelas geadas, com destaque para as Mesorregiões Serrana e Oeste, onde a ocorrência frequente de geadas nos meses de inverno é influenciada pela continentalidade e pelo relevo. A análise do estudo de caso das ocorrências no estado durante o período entre janeiro e setembro de 2009 mostrou que a partir do mês de abril os 34 casos de formação de geadas começam a se multiplicar, e que nos meses de junho e julho são registradas as geadas mais fortes, assim também como o maior número de ocorrências. Portanto, observou-se que nesses meses ocorreram as invasões polares mais intensas, apresentando condições suficientes para a formação deste fenômeno. Assim, nota-se a importância da meteorologia na agricultura, explicada por inúmeros fatores, sendo um deles a ocorrência das geadas. A preparação de técnicas que possam combater o resfriamento excessivo da superfície próximo às plantações é necessária para eliminar as chances da perda de uma produção devido ao evento. Dessa forma, a previsão meteorológica e a preparação dos agricultores para a formação da geada é de grande importância para atenuar este problema. REFERÊNCIAS. 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