Tabela de Conteúdos
Estrutura das Nuvens nas Imagens de Satélite
A identificação e análise dos complexos convectivos de mesoescala (CCM) podem ser feitas através da combinação de diferentes canais procedentes de imagens de satélite. Um exemplo de combinação de canais é o produto RGB, fornecido pelo satélite Meteosat Second Generation (MSG) que apesar de possuir cobertura de visada limitada sobre a América do Sul, ainda é de grande contribuição para a região. Um exemplo deste uso é mostrado para a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Também é possível analisar muitos aspectos com a ajuda dos satélites geoestacionários GOES.
Os canais do GOES são apresentados na tabela abaixo:
| Número do canal | Faixa de comprimento de onda (μm) | Faixa de medida | Objetivo Meteorológico |
|---|---|---|---|
| 1 (VIS) | 0.52 a 0.71 | 0 a 100% albedo | Cobertura de nuvens |
| 2 (IR) | 3.73 a 4.07 | 4 a 335K | Nuvens noturnas |
| 3 (IR) | 13.00 a 13.70 | 4 a 320K | Cobertura e altura de nuvens |
| 4 (IR) | 10.20 a 11.20 | 4 a 320K | Temperatura da superfície do mar e vapor d'água |
| 5 (WV) | 5.80 a 7.30 | 4 a 320K | Vapor d'água (WV, water vapor) |
Feições frequentemente observadas em imagens de satélite, associadas aos CCMs:
1. Complexos convectivos de mesoescala (CCMs): 1. Normalmente possuem forma circular cobrindo uma extensa área onde se verifica regiões de convecção com baixos valores de temperatura de brilho no IR e alto albedo no VIS. As imagens no VIS frequentemente aparecem saturadas, porém quando vistas em combinação com imagens realçadas no IR é possível identificar o alto gradiente de temperatura nas bordas, e também as partes mais convectivas e ativas do CCM.
2. Conexão com jatos de baixos níveis (LLJ): os CCM geralmente estão acompanhados da presença de um JBN. A presença do JBN pode ser vista em imagens VIS no dia (ou horas) antes da formação do CCM. Conforme explicado nos modelos conceituais SALLJ realizados pelo CoE Argentina, há corredores de nuvens organizados em linhas paralelas ao vento em baixos níveis, resultante de rolos convectivos dentro do SALLJ.
17 Novembro 2009, 18:00 UTC - GOES 10 - Canal 1 (0.65 μm) Imagem VIS - Identificação do SALLJ destacada em vermelho. 18 Novembro 2009, 11:15 UTC - GOES 10 - Canal 4 (11.0 μm) imagem de IR Realçada.
18 Novembro 2009, 11:15 UTC - GOES 10 - Canal 1 (0.65 μm) imagem do visível. 18 Novembro 2009, 11:15 UTC - GOES 10 - Canal 5 (6.0 μm) imagem WV.
Desenho esquemático do topo de um CCM.
A animação mostra o desenvolvimento de um CCM que ocorreu na noite de 9 de novembro até o fim da tarde de 10 de novembro de 2008. Durante a fase inicial, o desenvolvimento do CCM é influenciado principalmente pela presença de um intenso JBN. Nos estágios posteriores, a convecção profunda move-se para o norte devido a uma frente fria que se aproxima da região.
9 Novembro 2008, 14:21 UTC GOES 10 11.0 - animação de imagens do infravermelho realçado.
Características de CCMs usando o TRMM
Usando os produtos de satélite dos múltiplos sensores do TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) é possível analisar importantes características de sistemas convectivos, porém devido a sua resolução temporal os produtos podem ser utlizados para análise complementar ao invés de modo operacional.
O exemplo a seguir é de um CCM que ocorreu em 9 de novembro de 2008 sobre o norte da Argentina e do Paraguai.
O satélite detectou um complexo convectivo de mesoescala em estágio de dissipação. A maturação do CCM ocorreu por volta de 09:45 UTC e o satélite passou pela área às 14:21 UTC. No entanto, a intensa atividade convectiva ainda estava presente.
Através dos dados do PR (Precipitation Radar), a bordo do satélite TRMM, é possível analisar a refletividade (designada pela letra Z) que representa a quantidade de energia retro-espalhada pelo alvo e novamente detectada pelo radar. Abrange uma ampla taxa de sinais. Os valores dBZ (decibéis de Z) aumentam a medida que o sinal recebido pelo radar aumenta.
A escala dos valores dBZ está relacionada à intensidade de precipitação. Normalmente, os valores até 20 dBZ representam chuva leve e conforme os valores de refletividade aumentam mais intensa é a taxa de precipitação associada.
Taxas de precipitação em tono de 40mm/h foram observadas na parte norte da faixa de varredura do TRMM. Analisando a reflectividade à superfície a cobertura de nuvens e a distribuição de partículas dentro da nuvem, o aglomerado pode ser visto claramente. O aglomerado apresenta valores de reflectividade de 20 dBZ mais ao sul da faixa, 35 dBZ no centro e 50 dBZ na zona mais ao norte.
Das quatro imagens seguintes, a imagem inferior à direita mostra a seção transversal ao longo da linha branca desenhada na imagem inferior esquerda. A partir deste perfil vertical pode-se ver que a convecção se estende aproximadamente de 2 a 10km.
Novembro, 9 2008 14:21 UTC - TRMM-PR - Precipitação na superfície (mm/h). Novembro, 9 2008 14:21 UTC - TRMM-PR - Refletividade na superfície (dBZ).
Novembro, 9 2008 14:21 UTC - TRMM-PR - Linha branca indica a seção reta vertical. Novembro, 9 2008 14:21 UTC - TRMM-PR - Seção reta vertical da refletividade (dBZ).
Existem três células distintas dentro do aglomerado. A célula à esquerda tem valores de refletividade que atigem 55 dBZ. A célula no meio exibe valores de 35 dBZ, e a célula à direita tem convecção com valores entre 35 dBZ e 50 dB.
Novembro, 9 2008 14:15 UTC - GOES-10 - Canal 4 (11.0 μm) Imagem do Infravermelho Realçada, linhas brancas indicam a seção reta vertical. Novembro, 9 2008 14:15 UTC - GOES-10 - Canal 1 (0.65 μm), agrupamento de nuvens no canal do visível.
Novembro, 9 2008 14:15 UTC - GOES-10 - Imagem RGB, linha preta indica a seção reta vertical.
Fundamentação em Meteorologia Física
Introdução
Este modelo conceitual descreve o CCM sobre a América do Sul Subtropical (ASS).
A partir das imagens de satélite, os CCMs são identificados por sistemas grandes (cerca de 100 km em pelo menos uma direção) e de forma circular. O CCM pode incluir frentes de rajadas, ecos de arco e/ou células convectivas isoladas, onde cada uma apresenta um ciclo de vida próprio. Embora isoladas umas das outras, juntas formam um complexo de tempestades maior com uma piscina fria em expansão e um notório escudo de nuvem no topo (bigorna).
A tabela a seguir mostra os critérios pelos quais o CCM é definido.
| Critério | Características |
|---|---|
| Tamanho: A | temperatura do topo da nuvem <= -32°C, area de cobertura >= 100 000 km2 |
| Tamanho: B | temperatura do top da nuvem <= -52°C, área de cobertura >= 50 000 km2 |
| Início | tamanhos A e B satisfeitos |
| Duração | tamanhos A e B que duram por pelo menos 6 horas |
| Extensão Máxima | cobertura de nuvem que satisfaz o critério de temperatura |
| Formato | Excentricidade (menor eixo /maior eixo) >= 0.7 na fase de tamanho máximo |
| Dissipação | critérios de tamanho A e B deixam de ser satisfeitos |
Revisão Geral
Os CCMs têm tipicamente quatro fases: iniciação, desenvolvimento, estágio maduro e dissipação.
1. Iniciação
Esta fase pode incluir linhas de rajadas, ecos de arco e células convectivas isoladas, cada uma com seu próprio ciclo de vida. Cada sistema contribui para a expansão da piscina fria e bigorna.
As seguintes características ambientais são favoráveis ao desenvolvimento do CCM:
- zonas baroclínicas proeminentes caracterizadas por valores localmente altos de cisalhamento vertical troposférico e elevados valores de CAPE;
- jato de baixos níveis orientado quase perpendicularmente à zona baroclínica;
- advecção quente acentuada;
- máximo de umidade absoluta;
- convergência em baixos níveis e divergência em altos níveis;
- aproximação de fraco cavado e vorticidade máxima em médios níveis;
- na maioria dos casos, presença de jato de altos níveis;
- advecção de temperatura quente em baixos níveis juntamente com a advecção de vorticidade ciclõnica aumentando com a altura em toda a troposfera, causando máximo movimento ascendente nos níveis médios.
Iniciação de um CCM: células convectivas isoladas próximas umas das outras.
2. Desenvolvimento
A convergência de ar quente e umidade em baixos níveis alimentam o processo de convecção.
3. Estágio Maduro
Os elementos convectivos continuam a sustentar a atividade do sistema.
Estágio maduro de um CCM: aglomerado quase circular de tempestades convectivas. O ar frio descendente cria frentes de rajada o redor do aglomerado, especialmente à frente dele.
4. Dissipação
A convecção cessa.
Estágios de um CCM que ocorreu em 19 de Outubro 2009 - Estágios: Iniciação (Primeiras tempestades), Desenvolvimento, Maturação e Dissipação
Localização Geográfica
A região denominada como Sul da América do Sul (SAS) compreende o sul da Bolívia, Paraguai, norte da Argentina e Uruguai e sul do Brasil. Nesta região encontra-se a quinta maior bacia hidrográfica do mundo, a Bacia do rio da Prata (imagem à esquerda). Alguns dos complexos de tempestades mais intensos do mundo, como por exemplo, complexos convectivos de mesoescala (CCM) e sistemas convectivos de mesoescala (SCM) são encontrados nesta região. As medidas de precipitação de CCM ajudam a estimar o hidroclima da Bacia do Rio da Prata. Os CCM geralmente formam-se cerca de 20°S - 35°S e 70°W - 45°W.
Mapa topográfico da SAS. O perímetro da Bacia da Prata é delineado. Mapa topográfico da região onde CCMs tendem a se formar. Localização entre 20°S - 35°S e 70°W - 45°W.
Variação Sazonal
As imagens abaixo fornecem informações sobre a frequência de ocorrência e características dos CCM observadas durante o verão austral (definida entre outubro-maio) nos anos entre 1998-2007 por Durkee e Mote (2009). A imagem à esquerda mostra que as frequências mais altas ocorrem entre dezembro e janeiro. Para o período em questão, foram registrados 70 eventos em dezembro e 66 em janeiro. A figura à direita descreve as áreas de frequência de ocorrência do CCM. Os tons de cinza representam o número de casos em que os pontos da grade foram localizados dentro da região do CCM. O Nordeste da Argentina, Paraguai e sudoeste do Brasil são as regiões com maior número de observações de CCM.
Gráfico "box-and-whisker" da frequência de CCMs nos meses da estação quente no período de 1998-2007. As caixas mostram a faixa de valores dentro dos quartis, as estacas mostram os percentuais de 10 e 90%, e as linhas sólidas indicam a mediana. 'n' é igual ao número de eventos para cada mês. Frequência de CCMs na estação quente (Outubro-Maio) no período de 1998-2007 (N=330), determinado pelo número de vezes no qual os pontos de grade estiveram localizados dentro de um trajeto de tempestade de um CCM.
Características regionais
O CCM tem iniciação geralmente no final da tarde ou início da noite, onde os sistemas alcançam o tamanho máximo durante a noite antes de dissipar na manhã seguinte.
As maiores taxas de precipitação são mais prováveis de ocorrerem entre a iniciação e a extensão máxima.
A maior frequência de ocorrência (quase 75% dos casos) para início, extensão máxima e terminação foi observada às 17:45, 20:45 e 02:45 UTC, respectivamente. E a duração média dos eventos foram de 14 horas.
O tamanho médio de todos os 330 CCM durante a extensão máxima era 256 500 km2. Os maiores CCM ocorreram no final da primavera, início do verão e outono, enquanto os sistemas menores ocorreram no final do verão. E a maioria dos CCM tiveram seu ciclo de vida completo dentro de 20°S - 30°S.
Frequência de CCM durante o início, tamanho máximo, e as etapas de dissipação:
Frequência de CCMs durante a iniciação, tamanho máximo, e estágios de finalização. Frequência do tamanho máximo de cobertura das nuvens.
Duração do ciclo de vida de MCC por mês. Cobertura de nuvens de CCMs durante o estágio de iniciação, observados durante os mêses da estação quente (Outubro-Maio), no período de 1998-2007.
Extensão máxima da cobertura de nuvens CCMs, observados durante os mêses da estação quente (Outubro-Maio) no período de 1998-2007. Cobertura de nuvens CCMs na fase de terminação, observados durante os mêses da estação quente (Outubro-Maio) no período de 1998-2007.
Parâmetros Chave de Previsão Numérica do Tempo
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Pressão de superfíce e vento em 850 hPa
Desenho esquemático da situação sinótica na formação e desenvolvimento de CCM com presença do Jato de Baixos Níveis (JBN), Baixa do Nordeste da Argentina e a passagem de uma frente fria no sul da América do Sul. Pressão média no nível do mar (hPa) e vento em 850 hPa (m/s) sobreposto à imagem GOES 11.0 IR em 9 de Novembro, 2008 às 06:00 UTC.
Advecção de Temperatura em 850hPa e Espessura (500hPa/1000hPa):
Advecção de temperatura em 850 hPa (K/s) no dia 9 de Novembro 2008 06:00 UTC. Espessura (500 hPa/1000 hPa) sobreposta à imagem GOES 11.0 IR em 9 de Novembro 2008 06:00 UTC.
Energia Potencial Convectiva Disponível e Imagem do Infravermelho Realçada
CAPE - Energia potencial convectiva disponível (J/kg) em 9 Novembro 2008 06:00 UTC. Imagem GOES 10 IR realçada em 9 Novembro 2008 06:00 UTC.
Linhas de fluxo e isotacas em 200 hPa Divergência e isotacas em 200hPa
Linhas de fluxo (azul) e isotacas (amarelo) em 200 hPa, junto com o jato de baixos níveis (vermelho). Divergência (10-5 s-1) e isotacas em 200 hPa.
Aparência Típica em Seções Verticais
Durante a ocorrência de CCM, a presença do jato em altos níveis diminui a estabilidade troposférica e intensifica a formação de sistemas frontais. Uma conexão dinâmica entre os baixos e altos níveis ocorre através de circulações térmicas verticais. As circulações podem ser analisadas usando o modelo de Riehl, que acopla velocidades verticais com componentes de vento meridionals.
Marcações de circulação termal sobrepostas ao campo de divergência em 200hPa - Novembro, 9, 2008 00UTC Imagem RGB de massa de ar Meteosat-9 em 9 Novembro 2008 / 00 UTC - a localização das seções verticais A-A' e B-B' estão indicadas em azul.
Localização das secções transversais de circulação térmica a 200 hPa em 9 de novembro de 2008 às 00:00 UTC. A-A': circulação térmica direta sobre 64°W, entre 25°S e 35°S, BB': circulação térmica indireta acima de 50°W, entre 25°S and 35°S.
Modelo de Riehl para um núcleo de jato de alto nível e os locais de convergência e divergência que o acompanham.
Circulação termicamente direta acompanhando um núcleo de jato. Circulação termicamente indireta acompanhando um núcleo de jato.
Na seção transversal de velocidades verticais ao longo da linha A-A', ar descendente entre 33°S e 35°S e ar ascendente entre 22°S e 25°S (setas azuis). Na seção transversal de componentes de vento meridional ao longo da linha A-A' a direção do vento é principalmente de sul a norte na troposfera média (seta verde em 500 hPa) enquanto que o jato de altos níveis (linha verde a 250 hPa) e o jato de baixos níveis (linha vermelha a 850 hPa) possuem direção oposta.
Velocidade vertical (Pa/s) em A-A' ao longo de 64°W em 9 Novembro 2008 00:00 UTC. Componente meridional do vento (m/s) em A-A' ao longo de 64°W em 9 Novembro 2008 00:00 UTC.
Na seção transversal de velocidades verticais ao longo da linha B-B', há movimento ascendente entre 31°S e 35°S e movimento descendente entre 22°S e 24°S (setas azuis). Nesta região, os componentes do vento meridional (setas verdes) não são tão fortes como ao longo de A-A', mas pode ser observada uma componente sul fraca nos altos níveis e uma componente do norte em altos níveis. O jato de altos níveis acopla os fluxos de baixos e altos níveis através de circulações verticais, que intensificam a atividade convectiva dos sistemas.
Velocidade vertical (Pa/s) em B-B' ao longo de 50°W em 9 Novembro 2008 00:00 UTC. Vento meridional (m/s) em B-B' ao longo de 50°W em 9 Novembro 2008 00:00 UTC.
Eventos Meteorológicos
Eventos meteorológicos importantes estão associados aos CCM, sendo eles: precipitação intensa, granizo, frentes de rajas intensas, descargas elétricas e, em alguns casos, tornados.
| Parâmetros | Descrição |
|---|---|
| Precipitação |
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| Temperatura |
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| Vento |
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| Outras informações relevantes |
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Imagem IR Realçada em 18 November 2009 11:15 UTC (GOES 10).
Referências
- DURKEE, J; Mote, T; Shepered, J. M.: The Contribution of Mesoscale Convective Complexes to Rainfall across Subtropical South America. International Journal of Climatology, in press, 2009.
- DURKEE, J. D., and T. L. Mote, A climatology of warm-season mesoscale convective complexes in subtropical South America. Int. J. Climatol., doi:10.1002/joc.1961, in press, 2009.
- HOUZE, R.A.Jr., Mesoscale Convective Systems. Reviews of Geophysical 42RG4003, 2004.
- LAING, A. G., and J. M. Fritsch, The large-scale environments of the global populations of mesoscale convective complexes. Mon. Wea. Rev., 128, 2756-2776, 2000.
- MADDOX, R. A.: Mesoscale Convective Complexes. Bulletin of the American Meteorological Society, p. 1374-1387, 1980.
- MADDOX, R. A.: Large-scale Meteorological Conditions Associated with Midlatitude, Mesoscale Convective Complexes. Monthly Weather Review, v. 111, p. 1475-1493, 1983.
- SALIO P, Nicolini M, Zipser EJ. 2007. Mesoscale convective systems over southeastern South America and their relationship with the South American low-level jet. Monthly Weather Review 135:1290-1309.
- VELASCO, I.; Fritsch, J. M.: Mesoscale convective complexes in the Americas. Journal of Geophysical Research, v. 92, p. 9591-9613, 1987.