Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS)

Estrutura das Nuvens nas Imagens de Satélite

Introdução

A Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é um extenso sistema de nuvens, que se forma na América do Sul Subtropical e no oeste do oceano Atlântico Sul durante o verão austral. O sistema pode ser identificado em mapas climatológicos, que mostram a média de radiação por ondas longas (ROL) e precipitação. Baixos valores de ROL representam topo de nuvens frias que podem ser identificadas em imagens de satélite (canais VIS, IR e WV).

Descrição

As principais características observadas em imagens de satélite são:

• Uma zona extensa (alongada) de nuvens, precipitação, e ventos convergentes com orientação noroeste-sudeste cruzando o sudeste brasileiro e o sudoeste do oceano Atlântico. Esta zona pode ser vista nos canais VIS (visível), IR (infravermelhor) e WV (vapor d'água).
• O canal WV mostra nuvens profundas sobre o Brasil estendendo-se da região amazônica ocidental ao estado do Rio de Janeiro, enquanto há ar mais seco na Argentina e no Sul do Brasil.
• O nordeste brasileiro, Argentina e o sul do Brasil possuem céu limpo ou presença de pequenas nuvens do tipo Cumulus, como visto nas imagens do VIS.
• A combinação dos canais IR e VIS (Figura 4) enfatiza a profunda convecção na ZCAS (cores azuladas), enquanto as cores laranja e vermelho representam o céu limpo em torno dela.

Figura 1: 31 de Março de, 2010 - 1800UTC GOES-12 - Canal 3- WV Figura 2: 31 de Março de, 2010 - 1800UTC GOES-12 - Canal 1- Visível

Figura 3: 31 de Março de 2010 - 1800UTC GOES-12 - Canal 4- Infravermelho realçado Figura 4: 31 de Março de 2010 - 1800UTC GOES-- Canais VIS + Infravermelho realçado. Tons de azul indicam convecção profunda e cores alaranjdas e avermelhadas representam condições de céu limpo.

A tabela abaixo apresentam exemplos de canais de satélite úteis, a exemplo do satélite GOES:

Tabela I - Canais do satélite GOES e características associadas.

Número do canal	Comprimento de onda (μm)	Faixa de medidas	Objetivo meteorológico
1	0.52 a 0.71	0 a 100% albedo	Cobertura de nuvens
2	3.73 a 4.07	4 a 335K	Nuvens noturnas
3	13.00 a 13.70	4 a 320K	Cobertura de nuvens e altura
4	10.20 a 11.20	4 a 320K	Temperatura da superfície do mar e vapor d'água
5	5.80 a 7.30	4 a 320K	Vapor d'água

Circulações típicas associadas a ocorrência da ZCAS durante o verão meridional:

Baixos níveis: fluxo de norte/noroeste transporta umidade da região amazônica para a parte central e sudeste do Brasil.

Altos níveis: circulação anticiclônica (Alta da Bolívia) e um cavado quase estacionário sobre o Nordeste do Brasil.

Posições típicas da ZCAS (verde) e o sistema quase-estacionário (baixa e frente fria), e a convergência de ventos de baixo nível. Configuração típica em altos níveis: uma circulação anticiclônica (Alta da Bolívia - linhas azuis) no noroeste da América do Sul e um cavado sobre o nordeste brasileiro (linhas laranja e amarela).

A animação abaixo representa a evolução da ZCAS em imagens no canal 4 (IR) dos dias 24-30 de março de 2009. A característica mais importante é a persistência da convecção sobre a América do Sul subtropical e o oceano Atlântico Sul ocidental. A escala de tempo da ZCAS varia, porém raramente persiste por mais de 10 dias.

MSG Airmass RGB 24/03/2009 - 30/03/2009 18UTC - ZCAS

 

Fundamentação em Meteorologia Física

Introdução

A ZCAS é a principal fonte de precipitação em grande escala no Brasil durante o verão austral, que abrange o período de novembro a março. Estruturas semelhantes são encontradas no Pacífico Sul e Oceano índico Sul, embora, a Zona de Convergência do índico Sul (ZCIS) não é tão pronunciada como as outras.

A ZCAS ocorre ao norte de sua localização média climatológica nos primeiros meses do verão e a medida em que a monção de verão se intensifica na América do Sul em janeiro e fevereiro, a ZCAS ocorre mais frequentemente no sul.

Observações mostram uma clara correlação entre enchentes de verão na região sudeste e períodos de seca em regiões da parte sul da ZCAS. Nos casos em que a ZCAS persiste por um longo período no Sudeste, períodos extremamente chuvosos coincidem com verânicos no Sudeste do Brasil.

As ZCAS são geradas e mantidas primariamente pela interação da convecção tropical com sistemas frontais de monções subtropicais do Atlântico Sul. Estas ZCAS têm um ciclo de vida médio de oito a dez dias. A flutuação e duração da ZCAS também depende de oscilações intrasazonais em escalas de tempo de 20-30 dias e 30-60 dias.

Visão geral

Mapas climatológicos da média de radiação de onda longa (ROL) e da quantidade de precipitação nos meses de verão austral (novembro a março) de 1982 a 2011 são apresentados nas Figuras 1 e 2.

O campo de ROL foi extraído da reanálise ERA INTERIM e os dados de precipitação foram fornecidos pelo GPCP (Global Precipitation Climatology Project). A localização da zona de convergência normalmente fica dentro da caixa vermelha e a linha vermelha mostra a posição climatológica média da ZCAS.

Os valores baixos de radiação de onda longa (geralmente abaixo de 220 W/m²) significam locais frios. Eles podem ser causados por nuvens altas (nos trópicos) ou superfícies frias (nas latitudes médias e altas). A localização de baixos valores de ROL coincide com as maiores quantidades de precipitação. A precipitação é concentrada em três regiões: 1) região norte, dentro da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT); 2) Região Amazonica e 3) Oceano Atlântico Sul subtropical. Sendo que nas duas últimas regiões os valores elevados de precipitação são decorrentes da ZCAS.

Figura 1: Média Mensal Climatológica de Radiação de Onda Longa (ROL - Wm-2) de Novembro a Março (1982 a 2011) Figura 2: Climatologia da precipitação (mm) GPCP de Novembro a Março (1982 a 2011)

Divisão dos Estados Brasileiro

Funções ortogonais empíricas (EOF) são usadas para estudar a variação espacial e temporal da ZCAS. A figura 3 mostra a correlação entre a primeira componente da EOF e análise da anomalia de ROL (Tipo 1 - Padrão Dipolo) e a figura 4 exibe a correlação entre a segunda componente de EOF e análise da anomalia ROL (Tipo 2 - Padrão Tripolo). Elas compreendem uma faixa de variabilidade de cerca de 50%.

Nuvens profundas no interior da ZCAS apresentam valores de correlação negativa com a ROL. Na Figura 3, os maiores valores negativos estão localizados no Espírito Santo e norte de Minas Gerais, enquanto que na Figura 4 eles são localizados na fronteira dos estados de: São Paulo, Rio de Janeiro e Sul de Minas Gerais. Os valores de correlação positiva coincidem com valores elevados de anomalia de ROL, o que é resultado da ausência de convecção. Nota-se que na Figura 3 há um máximo para ambos de valores positivos e negativos, enquanto que na Figura 4 há um máximo de valores negativos, porém dois máximos de valores positivos. Estes padrões serão mostrados nos estudos de caso abaixo.

Figura 3: Padrão de correlação entre a anomalia ROL e a primeira componente da EOF. Figura 4: Padrão de correlação entre a anomalia ROL e a segunda componente da EOF.

Tipo 1: 27 de dezembro de 2010 as 18:15 UTC

A ZCAS se estende do Espírito Santo e norte de Minas Gerais até o oeste da Amazônia. Situa-se levemente ao norte da posição média climatológica. O ar seco referente à presença de um sistema de alta pressão no sul do Brasil, leste da Argentina e Uruguai pode ser detectado em imagens WV e IR (Figuras 5 e 6). Este padrão é muito semelhante ao padrão de dipolo associado com o tipo 1 na Figura 3, o que sugere que a análise estatística representa bem os sistemas meteorológicos observados.

Figura 5: GOES 12 - canal WV em 27 de dezembro de 2010 as 18:15 UTC Figura 6: GOES 12 - IR realçada em 27 de dezembro de 2010 as 18:15 UTC

Tipo 2: 30 de novembro de 2010 as 18:00 UTC

A ZCAS estende-se do estado de São Paulo e Rio de Janeiro em direção ao oeste da Amazônia. Neste caso, a ZCAS está perto de sua localização média climatológica (figura 2), ao contrário do caso anterior (27 de dezembro de 2010 às 18:15 UTC). Neste caso, a convecção é restrita a uma estreita banda de nuvem e nota-se a presença de dois sistemas de alta pressão, um no sul e outro no nordeste do Brasil, que é compatível com o padrão tripolo (Tipo 2).

Figura 7: GOES 12 - canal WV em 30 de novembro de 2010 as 18:00 UTC Figura 8: GOES 12 - IR realçada em 30 de novembro de 2010 as 18:00 UTC

Parâmetros Chave de Previsão Numérica do Tempo (NWP)

Considerando os dois padrões de ZCAS observados através da análise EOF (Dipolo e Tripolo), os parâmetros de previsão do tempo serão apresentados para os dois tipos de ZCAS. Os parâmetros foram obtidos da reanálise ERA INTERIM.

Baixos níveis

• Temperatura a 1000hPa: mostra o gradiente de temperatura na superfície, que acompanha a passagem do sistema. A temperatura também é um dos fatores que contribuem para o desencadeamento da convecção.
• Pressão atmosférica média ao nível do mar: mostra sistemas de baixa e alta pressão, como também os gradientes de pressão que acompanham as passagens de sistemas frontais.
• Vento a 850hPa: mostra o fluxo em baixos níveis que transporta umidade em larga escala.
• Convergência de umidade: é um dos fatores que contribuem para o desenvolvimento da convecção, sendo mais intensa em baixos níveis.

Tipo 1

Tipo 2

Há uma circulação ciclônica em baixos níveis bem definida sobre o sudeste brasileiro (centrada sobre o estado do Espírito Santo), acompanhada por anomalias negativas de pressão atmosférica média ao nível do mar e convergência do vento. O fluxo de vento em baixos níveis advém da região Amazônica transportando umidade para a região sudeste. Há também uma anomalia negativa de temperatura sobre a região. Como visto no capítulo anterior, os campos de pressão e temperatura possuem dois pólos e a zona de convergência fica ao norte de sua posição média.

Há uma circulação ciclônica sobre o sudeste do Brasil (centrada sobre São Paulo), acompanhada por anomalias negativas fracas de pressão atmosférica média ao nível do mar e temperatura. O fluxo de vento e as anomalias são menos proeminentes do que no Tipo 1, porém há um fluxo do Atlântico para o continente. Como visto no capítulo anterior, os campos de pressão e temperatura possuem 3 pólos e a zona de convergência fica perto da posição média.

Figura 1: Anomalias de temperatura a 1000hPa (sombreado), pressão atmosférica média ao nível do mar (isolinhas pretas) e vetores de vento a 850hPa para o Tipo 1. Figura 2: Anomalias de temperatura a 1000hPa (sombreado), pressão atmosférica média ao nível do mar (isolinhas pretas) e vetores de vento a 850hPa para o Tipo 2.

Figura 3: Esquemas do Tipo 1 a níveis baixos (Figura 1): "padrão de dipolo" da pressão atmosférica à superfície com forte convergência de vento. Uma baixa pressão sobre a região sudeste do Brasil (acompanhada de anomalias negativas de temperatura) e um sistema de alta pressão sobre o sul do Brasil, Uruguai e Argentina (acompanhada por anomalias positivas de temperatura). Linhas verdes: Localização da ZCAS. Figura 4: Esquemas do Tipo 2 a níveis baixos (Figura 2): "padrão de tripolo" da pressão atmosférica à superfície com fraca convergência do vento. Uma baixa pressão sobre a região sudeste do Brasil (acompanhada de anomalias negativas de temperatura) e sistemas de alta pressão sobre o sul do Brasil, Uruguai e Argentina e também sobre o nordeste brasileiro (acompanhada por anomalias positivas de temperatura). Linhas verdes: Localização da ZCAS.

Níveis médios (500hPa):

• Velocidade vertical (ômega) exibe áreas de movimento ascendente, contribuindo para a persistência da convecção.
• Altura geopotencial mostra a distribuição térmica e de pressão da troposfera média.
• Vento mostra o fluxo básico sinótico.

Tipo 1	Tipo 2
Geopotencial a 500hPa mostra a circulação de escala sinótica da ZCAS. Há valores negativos de ômega sobre a parte leste da circulação, o que significa que há movimento ascendente na troposfera média e convergência em baixos níveis. Assim, há movimento descendente sobre o sudeste brasileiro.	As anomalias de geopotencial a 500hPa são mais fracas que no Tipo 1. Os movimentos ascendentes estão localizados sobre o estado de São Paulo. O fluxo de vento básico consiste de componentes vindas da Amazônia e do oceano Atlântico.

Figura 5: ômega a 500hPa (sombreado), geopotencial (isolinhas pretas) e vetores de vento para o Tipo 1. Figura 6: ômega a 500hPa (sombreado), geopotencial (isolinhas pretas) e vetores de vento para o Tipo 2.

Figura 7: Esquema do Tipo 1 para níveis médios (Figura 5): um cavado (eixo marcado com linha tracejada amarela) com movimento ascendente e uma crista (eixo marcado com linha tracejada laranja) com movimento descendente e céu limpo. Figura 8: Esquema do Tipo 2 para níveis médios (Figura 6): um cavado (eixo marcado com linha tracejada amarela) com movimento ascendente e duas cristas (eixo marcado com linha tracejada laranja) com movimento descendente e céu limpo.

Altos níveis (200hPa):

• Vento zonal fornece informação sobre o jato de altos níveis.
• Vento mostra o escoamento básico e padrão de ondas atmosféricas.
• Divergência mostra as áreas de movimento ascendente e descendente na troposfera.

Tipo 1

Tipo 2

O jato de altos níveis pode ser encontrado dentro de regiões de anomalias positivas de velocidade do vento zonal e divergência. Há um cavado com valores positivos de divergência no norte da circulação. Há ventos de leste e valores negativos de divergência sobre o sudeste brasileiro, o que implica em movimentos descendentes e ar seco. O padrão de dipolo é visto em altos níveis assim como em baixos níveis.

O vento de oeste com valores positivos de divergência prevalece sobre o sudeste brasileiro. Sobre o nordeste e sudeste do Brasil há ventos de leste e valores negativos de divergência. O padrão de tripolo é visto em altos níveis assim como em baixos níveis.

Figura 9: Vento zonal a 200hPa (sombreado), divergência (isolinhas pretas) e vetores de vento para o Tipo 1. Figura 10: Vento zonal a 200hPa (sombreado), divergência (isolinhas pretas) e vetores de vento para o Tipo 2.

Figura 11: Esquema do Tipo 1 para altos níveis (Figura 9): isotacas do jato de altos níveis, divergência sobre a posição da ZCAS e convergência sobre o sul do Brasil, Uruguai e Argentina. Figura 12: Esquema do Tipo 2 para altos níveis (Figura 10): isotacas do jato de altos níveis, divergência sobre a posição da ZCAS e convergência sobre o sul do Brasil, Uruguai e Argentina e nordeste brasileiro.

Aparência Típica em Seções Verticais

A seguir, apresenta-se a estrutura vertical dos parâmetros de previsão do tempo associados aos eventos de ZCAS:

• Velocidade vertical (ômega): movimento ascendente ajuda a sustentar os processos convectivos ao longo da banda de nuvem.
• Umidade específica: umidade na troposfera abastece os processos convectivos.

Seções Verticais (SV) sobre o continente

Localização de corte vertical sobre o continente no estudo de caso de 24-30 de Março de 2009.

Os valores máximos de umidade têm uma extensão horizontal entre 1500-2000 km, atingindo a máxima dimensão no terceiro e quarto dia do evento de ZCAS. Valores de velocidade vertical apresentam picos de maxima nos três primeiros dias. A partir do quinto dia, tanto umidade e velocidade máxima tem deslocamento para o norte. Em 29-30 de março de 2009 ambos os valores diminuem.

SV de Umidade Velocidade Vertical

Figura 1 - SV de umidade (g/kg) 24 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 2 - Velocidade vertical (Pa/s) 24 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 3 - SV de umidade (g/kg) 25 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 4 - Velocidade vertical (Pa/s) 25 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 5 - SV de umidade (g/kg) 26 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 6 - Velocidade vertical (Pa/s) 26 Mar 2009 - 18:00 UTC.
Figura 7 - SV de umidade (g/kg) 27 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 8 - Velocidade vertical (Pa/s) 27 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 9 - SV de umidade (g/kg) 28 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 10 - Velocidade vertical (Pa/s) 28 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 11 - SV de umidade (g/kg) 29 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 12 - Velocidade vertical (Pa/s) 29 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 13 - SV de umidade (g/kg) 30 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 14 - Velocidade vertical (Pa/s) 30 de março de 2009 - 18:00 UTC.

Seção Vertical (SV) sobre o oceano

Localização de corte vertical sobre o mar no estudo de caso de 24-30 de Março de 2009.

Em comparação com a umidade e velocidade vertical sobre o continente, a área úmida é menor (~ 1000 km) e os valores de umidade são mais baixos. A velocidade vertical também é menor sobre o mar do que sobre o continente. Os maiores valores de velocidade vertical ocorrem no primeiro dia do evento de ZCAS.

SV de Umidade SCV Velocidade Vertical

Figura 1b - SV de umidade(g/kg) 24 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 2b - Velocidade vertical (Pa/s) 24 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 3b - SV de umidade(g/kg) 25 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 4b - Velocidade vertical (Pa/s) 25 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 5b - SV de umidade(g/kg) 26 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 6b - Velocidade vertical (Pa/s) 26 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 7b - SV de umidade(g/kg) 27 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 8b - Velocidade vertical (Pa/s) 27 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 9b - SV de umidade(g/kg) 28 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 10b - Velocidade vertical (Pa/s) 28 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 11b - SV de umidade(g/kg) 29 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 12b - Velocidade vertical (Pa/s) 29 de março de 2009 - 18:00 UTC.
Figura 13b - SV de umidade(g/kg) 30 de março de 2009 - 18:00 UTC.	Figura 14b - Velocidade vertical (Pa/s) 30 de março de 2009 - 18:00 UTC.

Eventos Meteorológicos

Eventos meteorológicos típicos associados a áreas de ZCAS são apresentados abaixo.

Parâmetros	Descrição
Pressão atmosférica	Sistema de baixa pressão sobre o sudeste brasileiro
Precipitação	Alta variabilidade de atividade convectiva Precipitação intensa, resultando em inundações, particularmente no sudeste do Brasil Descargas elétricas nas partes convectivas do sistema (mais de 30 flashes/m2)
Vento	Rajadas de vento fortes associadas às tempestades
Outras informações relevantes	Duração tipicamente de 3-8 dias

Figura 1: Média diária de precipitação no verão (dezembro-fevereiro) calculada com uma grade de tamanho de 2° lat/lon (área sombreada) e vetores de vento a 850hPa. Figura 2: Eventos meteorlógicos típicos dentro da ZCAS: tempestades, precipitação leve à intensa.

Referências

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