Estrutura das Nuvens nas Imagens de Satélite
Ciclones Tropicais na bacia do Atlântico Norte
Ciclones tropicais (CTs) evoluem através de uma transformação de um ciclo de estágios de uma depressão tropical (estágio #1) para um ciclone tropical (estágio #3). Quando observados nas imagens do visível (VIS), infravermelho termal (IR) e vapor d'água (WV), observa-se que estas perturbações tropicais apresentam várias características de topo de nuvens ao longo da sua transformação em todas as bandas (VIS, IR e WV).
Imagens do satélite Meteosat-9, mostrando os diferentes estágios de desenvolvimento do CT. A maturação (estágio#3) mostra a espiral, área aproximadamente circular de convecção profunda, olho circundado pela parede do olho (características do CT).
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens IR Meteosat-9, mostrando os diferentes estágios de desenvolvimento do CT Bill (2009).
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens WV Meteosat-9, mostrando os diferentes estágios de desenvolvimento do CT Bill (2009).
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens VIS Meteosat-9, mostrando os diferentes estágios de desenvolvimento do CT Bill (2009).
As depressões tropicais parecem ter pouca organização nebulosa quando vistas de um satélite. Ao invés da aparência circular similar aos CTs, depressões tropicais parecem com grupos de tempestades individuais. Uma vez que a depressão tropical se intensifica até o ponto em que seus ventos máximos estão entre 63-118km/h, esta torna-se uma tempestade tropical. Sua rotação torna-se mais claramente reconhecível do que a de uma depressão tropical.
Uma tempestade tropical torna-se CT quando os ventos atingem 119km/h. Uma rotação nítida desenvolve-se em torno do centro. Devido à rotação da Terra, os ciclones tropicais giram no sentido horário no Hemisfério Sul e no sentido anti-horário no Hemisfério Norte. Eles podem atingir 80-800km de diâmetro. As imagens do IR do satélite Meteosat-9, quando combinadas com informações de NWP, destacam a intensa convecção na parede do olho, bandas de nuvens espirais (vermelho) com subsidência entre elas (branco a azul escuro) e o olho. O ar descendente esquenta por compressão o que explica a ausência de nuvens no olho. Essas características são evidentes nas imagens IR realçadas abaixo (estágio#3).
A convecção da parede do olho é fundamental na formação e manutenção do ciclone tropical. Convecção em ciclones tropicais é organizada e alongada na mesma orientação do vento horizontal, sendo chamadas de bandas espirais pela típica formação em espiral. Ao longo dessas bandas a convergência em baixos níveis é máxima e, assim, a divergência é bem pronunciada nos altos níveis.
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens IR realçado Meteosat-9, mostrando as bandas de nuvens do CT Bill (2009) em diferentes estágios de desenvolvimento. Ao longo dessas bandas a convergência em baixos níveis é máxima e a divergência é bem pronunciada nos altos níveis.
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens multi-sensor de estimativa de precipitação Meteosat-9 (MPE) do CT Bill (2009).
As imagens IR e MPE podem identificar a localização do olho devido ao ar ascendente que condensa formando as células convectivas concentradas próximas ao seu centro. Assim sendo, observa-se o contraste entre a parte mais quente do olho e as partes convectivas mais frias que rodeiam a parede do olho. Dentro das tempestades convectivas da parede do olho, o ar se aquece por causa das grandes quantidades de calor latente liberado.
O ar que ascende e condensa forma enormes trovoadas produzindo chuvas fortes (até 25 centímetros por hora) na parede do olho (figura 3). Perto dos topos das trovoadas, o ar seco flutua para fora do centro. Este ar divergente em altos níveis produz um afluxo anti-ciclônico em aproximadamente 100 quilômetros do olho. Assim que o afluxo atinge a periferia da tempestade, ele começa a descer e se aquecer, resultando em céu claro. Dentro das trovoadas da parede do olho nas nuvens de chuvas (figura 7), o ar se aquece por causa das grandes quantidades de calor latente liberado. Este produz pressões leves altas no alto e inicia a descendência do ar no olho e entre cada banda. O ar descendente esquenta por compressão o que explica a ausência de trovoadas no centro da tempestade. A ideia por trás no padrão de banda curvada é que, a intensidade da vorticidade do sistema é indicada pela extensão em que as bandas de chuva são circundadas pela parede do olho correspondendo à área de ventos de superfície mais intensos. Ar ascende e condensa formando tempestades convectivas que produzem chuvas fortes na parede do olho. Perto do topo das tempestades, o ar seco flutua para fora do centro. Este ar divergente no alto produz um afluxo anti-ciclônico várias centenas de quilômetros do olho.
Um diagrama dos movimentos principais do ar dentro e ao redor de um CT (estágio#3). O olho é composto pelo ar que apresenta movimento levemente descendente enquanto que a parede tem um fluxo resultante ascendente de moderado a fortes correntes ascendentes e descendentes. A convecção da parede do olho é fundamental na formação e manutenção do CT. Essas características ascendentes da velocidade vertical são impulsionadas por convergência de baixos níveis e flutuabilidade local. As características descendentes do campo de vento vertical são impulsionadas pelo equilíbrio de massa e convergência no topo. Assim que o afluxo atinge a periferia da tempestade, ele começa a descer e se aquecer, induzindo céu claro.
Na superfície, os ventos viajam em direção ao centro do CT, onde o ar é forçado a subir. A força Coriolis atua sobre esses ventos de superfície, que no Hemisfério Norte, o vento é defletido para a direita. A convergência na parede do olho é tão forte que o ar é levantado mais rápido e com mais força do que em qualquer outro local do CT. Isso maximiza o transporte de umidade do oceano e a subsequente produção de calor latente. Para fora da parede do olho (abaixo da tropopausa), observa-se uma estrutura de bandas de nuvens. Estas nuvens são conhecidas como faixas espirais de nuvens. Essas características podem normalmente ser vistas nas imagens VIS, IR e WV.
18 Agosto 2009 / 12:00 UTC. Imagens IR realçado Meteosat-9 em 3D, mostrando as bandas de nuvens do CT Bill (2009) no estágio #3.
O olho é uma área quase circular de ventos relativamente calmos e tempo bom encontrado no centro de um CT. Embora os ventos sejam calmos no eixo de rotação, pode ocorrer também ventos intensos nessa região. Há pouca ou nenhuma precipitação e muitas vezes pode-se ver céu claro nessa região. Os mesovórtices do olho (características ciclônicas e anticiclônicas distintas nas nuvens de baixos níveis) geram convecção flutuante na parede do olho do TC. A convergência na superfície excede a divergência no alto. O olho do furacão cujo diâmetro varia entre 24 a 40 km, é uma área de calmaria livre de nuvens. Essa característica pode facilmente ser vista nas imagens VIS, IR e WV.
19 Agosto 2009 /06UTC. Imagens IR (A) e IR realçada (B) com topo de nuvens do satélite Meteosat-9 do TC Bill.
Exemplos de imagens do satélite Meteosat-9: CT Bill (2009)
Como exemplo, aqui está a animação por satélite da ciclogênese e o caminho tomado pelo CT Bill (2009) na bacia do Atlântico Norte. Com base na animação das imagens do infravermelho termal do satélite Meteosat-9 do CT Bill no período de 14 a 18 de agosto de 2009, observa-se a transformação dos estágios #1 a #3. O CT Bill formou-se em 15 de agosto no Atlântico Norte Tropical e seguiu inicialmente para oeste. O sistema se intensificou para uma tempestade tropical ainda naquele dia, gradualmente. Bill se intensificou para um furacão em 17 de agosto, e a partir de então, começou a sofrer rápida intensificação, tornando-se um grande furacão em 18 de agosto ao atingir a intensidade de um furacão de categoria 3 na escala de furacões de Saffir-Simpson.
Animação com imagens IR do satélite Meteosat-9 do CT Bill (2009) sobre o Atlântico Norte, mostrando diferentes estágios de desenvolvimento, que estão associadas com mudanças na intensidade e estrutura da tempestade convectiva.
As características de nuvens do furacão Bill que são visíveis no início do estágio de intensificação parecem desempenhar um papel distintivo na determinação de sua estrutura final. Uma onda tropical deixou a costa ocidental da áfrica em 12 de agosto. No entanto, a formação de uma banda curvada de tempestade com fortes áreas de convecção deu à tempestade a estrutura necessária para que o ciclone começasse a se intensificar mais rapidamente a partir da tarde de 16 de agosto. Situado numa área com condições meteorológicas favoráveis e sobre águas oceânicas quentes, Bill continuou a se intensificar, auxiliado pelos bons fluxos de saída. Como resultado do aumento da convecção sob influências da circulação ciclônica, uma convecção divergente em altos níveis conduz a descida assimétrica de mesoescala (aquecimento adiabático) no olho, o que diminui a pressão, aumentando o gradiente de pressão e ventos tangenciais. A partir da madrugada (UTC) de 19 de agosto, Bill começou a sofrer rápida intensificação, e logo se tornou um CT ao se intensificar para um CT de categoria 3.
As animações de imagens IR do satélite Meteosat-9 são complementadas com imagens de estimativas de chuva geradas pelo hidroestimador (MPE) do TC Bill de 14 a 18 de agosto de 2009 às 12:00 UTC. O MPE é um produto instantâneo de taxa de precipitação, que é um indicador para precipitação de nuvens convectivas profundas. Pode-se observar várias células de precipitação (> 30mm) durante este período, das quais apenas algumas parecem estar diretamente relacionadas com perturbações (ondas) de leste africanas associadas à Zona de Convergência Intertropical (ZCIT).
Evolução diária de estimativas de chuva geradas pelo hidroestimador (MPE) do CT Bill: 1) 14 de Agosto, 2009; 2) 15 de Agosto, 2009; 3) 16 de Agosto, 2009; 4) 17 de Agosto, 2009; e 5) 18 de Agosto, 2009. Os círculos pretos indicam os horários de passagem de CT Bill as 12:00 UTC.