Fundamentação em Meteorologia Física
Revisão Geral
Os Vórtices Ciclônicos em Altos Níveis (VCAN) são sistemas de baixa pressão de escala sinótica, com circulação ciclônica máxima nos níveis superiores. Geralmente desenvolvem-se a partir de um cavado profundo de nível superior sobre a costa nordeste do Brasil e no Oceano Atlântico adjacente. A figura 1 mostra um VCAN sobre o Oceano Atlântico, próximo à costa nordeste do Brasil, em 17 de fevereiro de 2014 às 1800 UTC.
17 de Fevereiro de 2014 1800 UTC, Canal Termal Infravermelho (11 μm), imagem composta GOES-Meteosat. 17 de Fevereiro de 2014 1800 UTC, Canal Vapor d'água (6,7 μm) para imagem composta GOES-Meteosat.
Os VCANs são formados na camada 200-300-hPa (Kousky and Gan 1981; Ramirez et al. 1999, Mishra, 2001) e se estendem para os níveis médios e baixos (Morais, 2015). A maioria destes vórtices têm uma vida útil de 3 dias, mas alguns podem persistir por mais de 10 dias (Ramirez et al. 1999 e Coutinho 2008). O seu comprimento de onda é de cerca de 2000-3000 km.
Variabilidade Sazonal
Os VCANs podem ocorrer em qualquer época do ano, mas são mais frequentemente observados durante os meses de verão. A análise média de 5 anos (período 2002-2006) realizada por Coutinho et al. (2010), na figura abaixo, mostra o número de VCANs individuais (todo o ciclo de vida) observado usando imagens de satélite de vapor d'água (WV) e o número de dias individuais com VCAN.
Número de VCANs individuais (ciclo de vida completo) observados usando imagens de satélite WV e o número de dias com VCANs (fonte: Coutinho, 2010).
Os VCANs normalmente mostram uma trajetória no sentido anti-horário, propagando-se para leste quando estão ao sul de 15o S e para oeste quando estão ao norte de 15o S. A figura 4 mostra alguns exemplos da trajetória de alguns VCANs.
Trajetória do ciclone de 200 hPa durante o mês de janeiro de 2003. O ciclo colorido representa os VCANs e os números indicam a sequência de 12 horas. A figura à esquerda mostra o tempo de formação e à direita mostra um período de doze horas depois. Fonte: Coutinho (2010).
Em muitos casos, a origem de um VCAN está associada com sistemas frontais frios, que penetram nas latitudes baixas. Nessa situação, advecção de ar quente e úmido em baixos níveis é observada no setor quente da frente fria. Essa advecção de ar quente contribui para que haja a formação de nuvens convectivas e portanto liberação de calor latente na média troposfera. Esse aquecimento contribui para amplificar a crista corrente abaixo do cavado de nível superior associado ao sistema frontal, e por conservação de vorticidade absoluta ocorre o fechamento do cavado localizado sobre o nordeste do Brasil e o Oceano Atlântico Sul. O mecanismo de formação de VCANs foi proposto por Kousky e Gan (1981) e é ilustrado esquematicamente abaixo. A figura (a) mostra o padrão típico de circulação de verão sobre a América do Sul e o Atlântico Sul em 200 hPa. A Figura (b) mostra um cavado em níveis altos, sobre a América do Sul, associado à frente fria em superfície localizada no sul do Brasil. Uma crista em alto nível também pode ser observada, que se estende desde o sudeste do Brasil para o Atlântico. A nitidez do padrão de cavado pode ser visto sobre a região oeste do Atlântico. Finalmente, a frente fria se move sobre o sudeste do Brasil e o VCAN se forma ao oeste do Oceano Atlântico.
Sequência esquemática para a formação de um ciclone subtropical de 200 hPa sobre o Oceano Atlântico Sul. Fonte: Kousky e Gan (1981).
Na sequência de imagens de satélite de vapor de água (figura abaixo) para 01 de novembro de 2013 às 2345 UTC, pode-se ver o mecanismo de formação de vórtices como descrito por Kousky e Gan (1981). Durante o primeiro estágio, um sistema frontal frio é localizado sobre o sul do Brasil, precedido por forte advecção de ar quente em baixos níveis. Esta advecção quente, associada com a convecção, amplifica a crista nos níveis superiores, e então ajuda a fechar o cavado corrente abaixo da crista localizado sobre o nordeste do Brasil e Oceano Atlântico (02 nov. 2003). Durante os últimos dois dias, podemos ver com nitidez o padrão do cavado sobre o oeste do Atlântico. Finalmente, a frente fria se move para o sudeste do Brasil e o VCAN pode ser visto sobre o Oceano Atlântico Tropical.
Quando o VCAN está próximo do continente, a borda ocidental do VCAN interage com a convecção tropical continental e nuvem convectivas se desenvolvem neste setor do sistema (c). Uma vez que o centro do VCAN se move sobre o continente, nuvens convectivas podem se desenvolver no centro do sistema durante a tarde e à noite (d). Durante o dia, o ar próximo à superfície (baixos níveis) na região central do VCAN fica mais aquecido, e quando se encontra com o ar mais frio nos níveis médios e altos do VCAN, produzem um condição instável propícia para a formação de nuvens convectivas. A liberação de calor latente associada à convecção no centro do VCAN aquece o ar frio e conduz então à dissipação do sistema. Os VCAN localizados sobre áreas oceânicas normalmente não se dissipam e são, em vez disso, absorvidas por um cavado de latitude média.
a) b)
c) d)
Os VCAN são caracterizados por um núcleo frio. As temperaturas mais frias são observadas nos níveis médios e altos da troposfera, enquanto que as temperaturas próximas à superfície são relativamente pouco afetadas pela presença do vórtice (Kousky e Gan, 1981). Enquanto a primeira imagem mostra uma secção vertical da anomalia de temperatura média zonal para um dia em particular, a segunda mostra um composto de 61 casos durante um período de 10 anos (2003-2013). O compósito baseia-se na vorticidade relativa mínima em 200 hPa para cada sistema durante todo o ciclo de vida.
Seção transversal vertical Norte-Sul a 40°W de desvios de temperatura em relação aos valores médios longitudinais para 12 de março de 1978 . Calculou-se primeiro a temperatura média longitudinal para cada nível. Unidade: °C. Fonte: Kousky e Gan (1981). Campo composto da seção transversal vertical do desvio de temperatura (°C) para o período 2003-2013 com eixo vertical fixado no centro do VCAN no tempo de formação. A linha passa pelo ponto central do VCAN (0.0) e o eixo horizontal mostra o espaçamento da largura em graus a partir desse centro. Fonte: Morais (2015).