Ciclogênese é o processo de abaixamento da pressão atmosférica de superfície com consequente formação de circulação ciclônica. Muitas vezes pode ser disparada por vórtices ciclônicos de altos níveis (serão vistos adiante).
Esses vórtices de ar superior e os centros de baixa pressão à superfície provocam alterações no tempo e podem causar problemas locais e regionais.
obs: Nem sempre os sistemas de baixa pressão produzem padrões de nuvens identificáveis como vórtices ciclônicos.
Classificação dos estágios de desenvolvimento de ciclones extratropicais
W: estágio de onda, apresentando saliência na banda de nuvens;
A e B: estágio de formação do ciclone, apresentando forma
de vírgula e gancho respectivamente;
C: estágio maduro, com a nuvem espiralada em torno de um centro definido;
Dx e Dy: estágios de dissipação, com nuvens concentradas
no centro do vórtice que evoluem para bandas circulares menos organizadas.
Em baixos níveis, essa evolução é dependente do aquecimento próximo à superfície e do movimento vertical adiabático, ou seja, apresenta uma cavado em superfície que vai intensificando até que a isóbara de baixa pressão se feche.
Em 1947, Sutcliffe partindo da relação da variação da pressão em superfície, estabeleceu equações dinâmicas que descrevem o desenvolvimento de ciclones para um sistema quasi-gestrófico. Ele combinou a variação temporal da vorticidade absoluta no nível de 1000 mb com a advecção de vorticidade em 500 mb (nível não divergente - NND); com a advecção de temperatura na camada entre 1000 mb e 500 mb; com a variação de temperatura por movimento vertical; com a mudança de temperatura por aquecimento da coluna atmosférica. Desta forma, todos os termos são calculados de forma que os valores negativos indicam tendência a favorecer a ciclogênese, seja na formação ou na intensificação.
Para que haja abaixamento da pressão na superfície deve haver uma diminuição de massa na coluna de ar, o que só é fisicamente viável se o perfil vertical de divergência apresentar maior divergência do que convergência, como mostrado na figura abaixo:
Na prática, a vorticidade é mais adequada para analisar pois as estimativas de divergência possuem muitos erros devido a erros nas medidas de vento.
A teoria de Sutcliffe é aplicada no nível de não divergência (NND) - afim de usar a equação do vento térmico - e baseia -se em considerar a vorticidade geostrófica como a vorticidade real, o vento térmico como o cisalhamento vertical do vento real.
Desta forma, a teoria quasi-geostrófica permitiu uma simplificação nas equações, relacionando a divergência com a componente vertical da vorticidade absoluta. Desde que a divergência é uma medida da taxa de adição/remoção de massa de uma coluna atmosférica, é possível obter uma relação entre a variação da pressão de superfície e o campo de vorticidade em diversos níveis verticais. O conceito de desenvolvimento de sistemas está justamente relacionado com esta taxa de variação de pressão na superfície, que quando positiva (negativa) indica formação ou intensificação de um anticiclone (ciclone).
A equação desenvolvida por Sutcliffe é:
Fisicamente o primeiro termo da equação indica a variação temporal da vorticidade absoluta em 1000 mb / termo da tendência de Q0. O segundo termo indica a advecção de vorticidade em 500 mb; o terceiro termo indica a advecção de espessura (ou temperatura) entre 1000 e 500 mb; já o quarto termo indica a variação da temperatura por movimento vertical / termo da estabilidade (ou adiabático) enquanto o quinto termo indica aquecimento médio na camada / termo diabático. Na tabela abaixo é expresso a contribuição de cada um.
Contribuição dos termos da equação de Sutcliffe (Cardoso, 2000)
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Primeiras considerações climatológicas: Taljaard, 1972
Primeiras identificações por satélite: Troup & Streten, 1972 No que diz respeito ao HS, as ciclogêneses são mais frequentes em latitudes médias, entre 35° e 55°S, em quase todo o hemisfério. Na América do Sul
Na América do Sul e Atlântico Sul (até 30°W), metade das ciclogêneses acontecem ao norte de 35°S;
A maior frequência de ciclogênese sobre o oceano no verão e sobre o continente no inverno;
As baixas quentes de superfície da região do Chaco tendem a se tornar sistemas ciclônicos desprendidos que se movem para leste, enquanto que ciclones extratropicais apresentam um deslocamento médio para leste e sudeste
Considerando as ocorrências de ciclones sobre o sul da América do Sul, 70% se formam na região 10°-55°S e 0°-90°W sendo o restante referente a sistemas migratórios com origem fora desta área; dos 70%, apenas 20% se forma na região do Pacífico Sul e 50% sobre o continente e Atlântico Sul;
Cerca de 90% dos casos tem influência no alinhamento de frentes frias (outono-inverno) ou em interação com sistemas convectivos (primavera-verão);
No inverno o principal processo de desenvolvimento de ciclones é a conversão de energia do estado básico para a perturbação (instabilidade baroclínica), enquanto que no verão estes sistemas dependem de instabilidade hidrodinâmica;
A ligação entre ciclogênese e precipitação consiste em suprimento de umidade (da região amazônica ou mesmo de regiões marítimas), o qual possui grande importância na própria dinâmica da ciclogênese; Ferreira (1989) e Satyamurty, Ferreira & Gan (1990)
Investigaram cuidadosamente a frequência de ciclones e de desenvolvimento de ciclones, bem como suas áreas e estações preferenciais de geração na região da América do Sul, através de 7 anos de imagens de satélite e cartas sinóticas.
Avaliam um limiar de vorticidade nos níveis 500-300 hPa necessário para o desenvolvimento de ciclones sobre o continente no inverno, a partir de dados de vento oriundos das análises operacionais do NMC em grides de 5° (também usam diferenças centradas no espaço para as estimativas).
Se por um lado o reconhecimento via imagens de satélite é vantajoso pelo fato de:
(i) promover uma figura das condições atmosféricas na
troposfera como um todo e
(ii) cobrir áreas sem cobertura amostral, por outro lado perde-se um
pouco da distinção dos níveis de ocorrência do
fenômeno.
Na região 30°-70°W 15°-45°S, durante o período
de observações (Janeiro de 1980 a Dezembro de 1986) o número
de ciclones que se formaram é cerca de 750, sendo 280 destes formados
acima de 30°S.
obs: Por ano, cerca de 100;
obs2: No ano de 1983 (El-Niño) o número subiu cerca de 25%, sendo que o principal aumento se deu ao norte de 30°S, consistente com a precipitação acima do normal neste ano no Sul do Brasil;
obs3: A região sul-americana apresenta condições distintas para a ocorrência de ciclogênese em relação a América do Norte, pois a máxima frequência observada aconteceu no verão e não no inverno (lembrar o curto período dos dados, não deve ser absolutamente conclusivo);
obs4: Quanto às direções de propagação, apenas 8% se dissiparam sem apresentar movimento significativo, enquanto que 56% foram para sudeste e 22% para leste, sem variação sazonal característica destes valores;
obs5: Vale notar que não se desenvolvem vórtices estacionários durante o inverno (nenhum caso).
Entre 15°-60°S e 30°-70°W para o período de observações, 800 vórtices neutros passaram sem nenhum desenvolvimento ou intensificação detectável.
obs1: mais vórtices neutros passando pela região do que se formando nela.
obs2: preferência pelas estações de transição.
obs3: pouquíssimas ocorrências de vórtices neutros no cinturão 25°-35°S, o que significa que todas as ocorências ao norte de 30°S formaram-se ou desenvolveram-se sobre o continente.
obs4: cerca de 63% desses vórtices se moveram para leste e os demais se dividem entre trajetórias para nordeste e sudeste.
Obs: Vórtices transientes se propagam mais rapidamente (média de 20 m/s) do que os que se formam na região (média de 12,5 m/s).
Considerando cartas sinóticas de superfície, pode-se estimar uma velocidade média de deslocamento de centros de baixa pressão de cerca de 13 m/s no inverno e 9 m/s no outono (valores comparáveis com as estimativas por satélite para sistemas que se desenvolvem e bem menores do que a dos vórtices neutros).
No inverno de 1979 foram observados 39 sistemas convectivos intensos, e com exceção de apenas 1, todos ocorreram associados a vórtices de intensidade superior a 2 x 10-5 s-1 que cruzaram os Andes.
O fato da maior ocorrência de ciclogênese sobre a América
do Sul ocorrer no verão indica que embora a baroclinicidade seja um
fator indispensável, existem outros agentes como a convergência
de vapor e calor sensível que são mais ativos na região.
Vórtices muito lentos ou muito rápidos passam sem se amplificar
pela região.
A ocorrência de baixas de superfície na região é
bastante frequente e apresenta uma distribuição latitudinal
com picos relativos em 25° e 50°S, principalmente no verão,
fato devido à formação frequente dos CCM’s no Chaco.
O limiar de vorticidade ciclônica em 500hPa para a geração
de sistemas convectivos intensos na costa leste da América do Sul no
inverno é de 2 x 10-5 s-1, com 40% de chance (os autores enfatizam
que é necessário extender a análise para outros períodos
para caracterização climatológica). Gan & Rao (1991)
Estudo realizado com base em 10 anos de dados para verificar as estações
do ano preferenciais para ciclogênese de superfície sobre a América
do Sul.
Cerca de 14600 cartas de superfície (4 por dia) da Força Aérea
Brasileira para o período de Janeiro de 1979 a Dezembro de 1988.
Médias mensais para 8 estações de radio-sondagem no Brasil
e Argentina, para o período Janeiro de 1978 a Dezembro de 1987.
Dados mensais de precipitação para 12 estações
de superfície no sul do Brasil.
Critérios:
* No mínimo uma isóbara fechada ao redor de um centro de baixa
na análise de 2 hPa de intervalo;
* Este centro deve persistir no mínimo em 4 mapas consecutivos.
* Em 1981, de menor frequência e 1983, de maior.
* Existe variação sazonal e os meses de inverno apresentam maior
frequência do que os meses de verão (máximo maio 134,
mínimo dezembro 71, máximo secundário de 105 em outubro).
* Ocorre novamente a preferência por outono e inverno, com verão
por último.
* A variação interanual: 1983 (maior), 1986 e 1987 (anos de
El-Niño).
* Em 1981 apresentou menor frequência e era justamente um ano caracterizado
por valores positivos do IOS
Em termos de precipitação consistente com as ciclogêneses,
foram avaliadas as anomalias de precipitação nas stações
do sul do país:
* para 1981 as anomalias são sempre negativas (exceto uma), concordando
com a menor frequência de ciclogênese.
* em 1983 estão as anomalias mais positivas, até 100% acima.
* em 1987 o El-Niño não foi tão intenso e algumas estações
mais ao sul chegaram a mostrar anomalias negativas.
Os autores concluem que a variação interanual da frequência
de ciclogênese é consistente com as anomalias de precipitação,
ou seja:
* Os anos de maior ocorrência de ciclogênese são os anos
de maior ocorrência de chuva e estão associados a valores negativos
do IOS (anos de El-Niño);
* Os anos de menor ocorrência de ciclogênese são os anos
de menor ocorrência de chuva e estão associados a valores positivos
do IOS.
A maior frequência de ciclogênese no inverno está de acordo com Taljjard (1972) e Necco (1982) e aparentemente em desacordo com Satyamurty, Ferreira e Gan (1990); a justificativa é que os últimos se basearam fortemente em imagens de satélite e desta maneira podem ter incluído ciclogênese nos altos níveis, prejudicando a estatística.
As isolinhas de frequência média de ocorrência de ciclogênese para as estações do ano e para o ano como um todo:
* Basicamente a presença de dois núcleos durante todo o ano;
* Isto se deve a dois mecanismos ciclogenéticos:
instabilidade baroclínica local no escoamento de oeste: polo mais
ao sul e;
distúrbio baroclínico se movendo sobre uma cadeia de montanhas,
que gera a chamada lee-ciclogênese a sota-vento da montanha: núcleo
mais ao norte.
Para verificar a importância do estado da atmosfera coerentes com as
diferenças sazonais e interanuais, avaliaram o campo do número
de Richardson e da estabilidade estática, dados respectivamente por:
pois sabe-se que estabilidade estática e cisalhamento do vento são os principais fatores para a origem de ciclones extratropicais.
Considerando as estações de radio-sondagem citadas anteriormente, obtiveram as secções verticais médias de inverno e verão:
* Os principais centros de ciclogênese estão nas regiões
de baixo Ri nos níveis baixos, além do que os mínimos
são menores no inverno do que no verão;
* De acordo com a maior frequência de ocorrência no inverno .
E para confirmar este argumento apresentam também as correspondentes secções para os dois casos extremos citados anteriormente (1981 e 1983):
* O observe os valores bem menores em 1983 em comparação com 1981:
Portanto a combinação da estabilidade estática com o cisalhamento do vento parecem explicar, pelo menos parcialmente, as diferenças na frequência de ciclogênese notadas anteriormente.
Em termos de deslocamentos dos ciclones, as direções preferenciais detectadas estão de acordo com estudos anteriores, com predomínio para sudeste no cinturão 15°-40°S e para leste entre 40°-50°S.
VÓRTICES CICLÔNICOS DE ALTOS NÍVEIS DE ORIGEM SUBTROPICAL Lourenço, M.C.M., Ferreira, N.J. & Gan, M.A. 1996: Vórtices ciclônicos em altos níveis de origem subtropical, Climanálise Especial 10 anos, 163-167.
Definição:
São sistemas que se desenvolvem no Sul e Sudeste do Brasil associados a padrões em altos níveis que chegam pela costa oesta da América do Sul vindos do Pacífico;
São sistemas de baixa pressão de escala sinótica, apresentando-se fechados na alta troposfera.
Apesar de sua grande importância para as regiões Sul e Sudeste, diversas características sinóticas (variações sazonais e inter-anuais, processos físicos envolvidos, manutenção, etc) ainda não são bem conhecidas.
São conhecidos por baixas frias por apresentarem o centro mais frio do que a periferia e ao penetrarem no continente, normalmente provocam instabilidade e precipitação nos setores leste e nordeste do vórtice
Sua duração pode variar de algumas horas até duas semanas, podendo provocar chuvas e ventos fortes e eventualmente geadas.
Seu mecanismo de formação se baseia na amplificação de uma crista corrente acima (como no caso dos VCAN da Região Nordeste).
Podem se propagar para altitudes menores e estar associados a ciclones de superfície ou mesmo promover ciclogênese. Vórtices do tipo Palmer
* Origem tropical;
* Formam-se preferencialmente na primavera, verão e outono e passam
a maior parte de suas vidas nos trópicos;
* Originam-se acima de 9000m nas latitudes mais baixas, são persistentes,
crescem e intensificam-se durante a passagem para as latitudes mais altas
(lembrar dos vórtices ciclônicos de altos níveis que atuam
sobre o nordeste do país).
Vórtices do tipo Pálmen
* Formam-se em qualquer época do ano, inclusive no inverno;
* Formam-se devido à pré-existência de um cavado frio
em altos níveis de latitudes médias, que ao penetrar no continente
se inclina meridionalmente; esta inclinação faz com que haja
um atraso da parte em baixas latitudes, desprendendo completamente um núcleo,
o qual apresenta circulação ciclônica fechada.
Segundo Rao & Bonatti (1987), a instabilidade barotrópica não é um mecanismo importante na geração desses vórtices ciclônicos; a liberação de calor latente e a variação da intensidade do anticiclone são mais importantes.
Os vórtices ciclônicos podem ser classificados como úmidos ou secos, dependendo da quantidade de nebulosidade associada; os confinados na alta e média troposfera são secos enquanto que os que atingem níveis mais baixos possuem maior nebulosidade e são úmidos.
Mês |
Número/Ano |
Número Dissip./Ano |
Número Atlântico/Ano |
Janeiro |
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Fevereiro |
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Março |
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Abril |
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Maio |
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Junho |
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Julho |
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Agosto |
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Setembro |
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Outubro |
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Novembro |
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Dezembro |
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Total |
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A climatologia com imagens de satélite e análises operacionais
do ECMWF para um período de 10 anos, na área 0°-120°W
e 0°-70°S.
* A análise visual mostra que alguns vórtices próximos
à Cordilheira dos Andes decaem e alguns se dissipam completamente;
mas existem também os que se intensificam;
* Ocorrem vórtices ciclônicos de altos níveis no Pacífico
Sudeste o ano inteiro, sendo que o maior número é observado
nos meses de inverno (JJA);
* No mês de julho, em média, ocorre o maior número de
formação de VCAN por ano e é neste mês que ocorre
também a maior frequência de VCAN que chegam até o Atlântico;
* Março é o mês de menor frequência de VCAN que
chegam no Atlântico e é também o mês de mínima
frequência média;
* Cerca de 60% do total de VCAN chegam até o Atlântico ;
* Quanto à dissipação na costa oeste da AS, o mês
de agosto apresenta maior frequência e outubro a menor.
Fonte: www.master.iag.usp.br