Caso de Estudo. 7 de Dezembro de 2000. Isabel Soares e JDACT. «A anomalia de vorticidade potencial estende-se na vertical até à superfície onde se irá dar origem a uma anomalia de vorticidade potencial que por sua vez, produzirá uma alteração do campo térmico à superfície, ou seja, uma ondulação das isotérmicas»

jdact e ics

«(…) Para melhor compreender como funciona este intercâmbio introduz-se o conceito de vorticidade potencial, que se define como sendo a vorticidade que apresentaria uma coluna de ar compreendida entre duas superfícies isentrópicas adjacentes, se for levada de uma latitude arbitrária depois de ser comprimida e dilatada adiabáticamente até adquirir uma determinada espessura. Numa massa de ar a vorticidade potencial é conservativa permitindo identificar e massa de ar e segui-la no seu deslocamento (translações e deformações resultantes dos movimentos ascendentes e descendentes). A vorticidade potencial depende essencialmente dos seguintes factores: a estabilidade da camada atmosférica em consideração e a variação vertical do vento horizontal. Os valores da vorticidade potencial são da ordem dos 10^-6 m² s^-1 Kkg^-1 ao que se convencionou chamar de 1 PVU (unidades de vorticidade potencial). Verifica-se que na troposfera os valores típicos da VP são inferiores a 1,5 PVU enquanto na estratosfera os valores ultrapassam as 2 unidades, em resultado do aumento de estabilidade estática nessa região.  Hoskins et al (1985) apresenta o estudo de uma situação de ciclogénese em que associa uma anomalia de vorticidade potencial nos níveis altos, que está relacionado com o afundamento da tropopausa, sobre uma região baroclínica nos níveis baixos. A anomalia de vorticidade potencial estende-se na vertical até à superfície onde se irá dar origem a uma anomalia de vorticidade potencial que por sua vez, produzirá uma alteração do campo térmico à superfície, ou seja, uma ondulação das isotérmicas. A circulação que decorre da anomalia de temperatura à superfície em associação com a ondulação das isotérmicas estende-se agora em altitude indo reforçar a circulação já existente devida à anomalia de vorticidade potencial inicial.

Esquema da ciclogénese

Posteriormente Hirchberg e Fristch (1991), não incidiram os seus estudos de ciclogénese tendo como base as anomalias de vorticidade potencial, deram antes especial relevo às advecções de temperatura e aos movimentos verticais associados. Consideraram que as advecções de temperatura acima dos 500 hPa em especial aquelas que ocorrem próximo da tropopausa, são bastante significativas e bem mais intensas que as que ocorrem abaixo dos 500 hPa. Afirmam ainda que, uma determinada anomalia de temperatura, seja ela positiva ou negativa, nos níveis altos, associada a ondulações da tropopausa, produzem perturbações mais significativas na pressão à superfície e na espessura do que igual anomalia de temperatura nos níveis baixos.

Hirchberg e Fristch (1991), apresentaram um modelo conceptual de desenvolvimento de ciclogénese onde a sua teoria assenta nos processos associados com o desenvolvimento e evolução de ondulações de tropopausa num contexto baroclínico, podendo dar origem a trocas de temperatura importantes na estratosfera inferior. Esta hipótese tem como base as trocas de temperatura associadas às ondulações da tropopausa e podem actuar juntamente com os processos troposféricos nos níveis baixos para iniciar, desenvolver e catalisar o desenvolvimento das depressões extratropicais. Nesta base e de uma forma simples, a sobreposição de advecções quentes nos níveis altos associadas às intrusões de ar estratosférico devido às ondulações da tropopausa, com advecções quentes nos níveis baixos associadas a zonas baroclínicas na troposfera inferior, criam os ingredientes favoráveis para que se produzam quedas de pressão à superfície.

Partindo do princípio que são cumpridas as condições de balanço entre o campo do vento e o campo da massa é apresentado por Hirchberq e Fristch um modelo de desenvolvimento de uma depressão extratropical onde representam o geopotencial em altitude, 200 hPa, e da pressão à superfície, apresentando um corte vertical com o traçado da tropopausa e com as advecções de ar quente em altitude. Segundo os mesmos, a descida da tropopausa resulta de uma anomalia negativa de temperatura, ou seja, ar mais frio que a vizinhança, nos níveis médios com consequente subsidência. Como consequência, surge uma anomalia positiva de temperatura nos níveis altos, associado ao ar estratosférico. O desenvolvimento da ciclogénese começa a ocorrer devido a um desfasamento entre a referida anomalia positiva de temperatura e uma outra anomalia positiva de temperatura já existente à superfície, relacionada a uma depressão à superfície. O desenvolvimento pára, dando lugar ao enchimento da depressão, quando as ditas anomalias entram em fase. Note-se que o conceito de desfasamento na vertical entre regiões de máximos e mínimos de temperatura é aceite em Holton (1992), para uma situação de desenvolvimento de uma perturbação sinóptica. Este modelo conceptual de ciclogénese pode ser melhor analisado observando a seguinte figura, que esquematiza o desenvolvimento de uma depressão extratropical à luz da teoria de Hirchberg e Fristch.

O diagrama esquematiza o modelo conceptual do desenvolvimento e evolução de uma depressão extratropical, Retirado de Hirchberg e Fristch (1991)

In Isabel Cristina Soares e JDACT, Caso de Estudo, 7 de Dezembro de 2000, Instituto de Meteorologia, Lisboa, 2001.

Cortesia de IM/JDACT

Caso de Estudo. 7 de Dezembro de 2000. Isabel Soares e JDACT. «A vorticidade é uma grandeza que está intimamente ligada às partículas de ar, mais concretamente ao seu próprio movimento. Constitui uma propriedade que se propaga de uns níveis para outros por uma simples mistura turbulenta, apresentando uma especial facilidade em se propagar de cima para baixo e vice-versa…»

Dia 6 – 18UTC

Dia 7 – 00UTC

jdact

«O caso de estudo consiste essencialmente na análise de uma situação sinóptica, ocorrida em Portugal Continental no início da noite do dia 6 de Dezembro e que se prolongou pelo dia 7. Foram registadas quantidades de precipitação elevadas a norte do rio Tejo e o vento soprou forte a muito forte, com rajadas que atingiram em alguns locais valores superiores a 110 km/h. Neste estudo iremos recorrer essencialmente a imagens de satélite, nomeadamente, do vapor de água e infravermelho, a campos meteorológicos do modelo European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) e campos derivados. Após análise exaustiva e segundo autores que direccionaram as suas investigações para a fenomenologia meteorológica da ciclogénese, podemos afirmar que se tratou de um caso de ciclogénese explosiva. Estes fenómenos de ciclogénese explosiva manifestam impactos de vária ordem, quer nos meios governativos quer na sociedade em geral, impondo significativa importância na salvaguarda de vidas humanas e bens materiais, já que são acompanhados por ventos fortes à superfície e por chuva que ultrapassa os limites de alerta previamente estabelecidos. Assim, há que analisar e documentar os motivos que levaram ao cavamento da depressão, no seu percurso de sudoeste para nordeste, vindo a afectar o estado do tempo em Portugal Continental.

Teorias sobre Ciclogénese. Definição de ciclogénese explosiva

Define-se, em primeira aproximação, como um processo em que a pressão diminui rapidamente levando a gradientes isobáricos elevados. A consequência imediata destas situações, que começou por suscitar grande interesse para as questões de navegação marítima e para as regiões costeiras e ilhas, uma vez que a climatologia de ocorrência desta fenomenologia aponta para uma incidência destes casos em regiões oceânicas, dando origem a ventos excepcionalmente fortes e ao desenvolvimento de células convectivas muito activas. Quando a queda de pressão excede os 10 hPa em 3 horas, são referidas na bibliografia como bombas. Este termo meteorológico foi definido por Sanders & Gyakum (1980) num estudo onde afirmam ter sido Bergeron o primeiro investigador a caracterizar a taxa de cavamento referindo-a em aproximação à latitude de 60º N, sendo esta taxa de cavamento obtida, para uma latitude arbitrária Φ, multiplicando essa taxa por (senΦ/sen60º) obtendo o valor de uma unidade (a qual posteriormente apelidaram de 1 Bergeron), variando dos 28 hPa em 24 horas nos pólos até 12 hPa/24 h à latitude de 25º N, limite sul do fenómeno no estudo de Sanders e Gyakum. Este critério também foi utilizado por INM no Estudo da Ciclogénese Atlântica de 5-6 de Novembro de 1997, para caracterizarem as ciclogéneses explosivas, ao qual deram a seguinte formulação:

Onde Φ é e latitude aproximada do centro da depressão no período em estudo. Daqui se infere que, como a latitude do presente caso em estudo, oscila entre os 36/39º N, a queda de pressão obtida para considerar o acontecimento como ciclogénese explosiva é de 17 hPa.

Teorias de ciclogénese e Modelos conceptuais de ciclogénese rápida

Uma primeira abordagem da meteorologia dinâmica é interpretar a estrutura observada dos movimentos de larga escala que ocorrem na atmosfera através das leis físicas que governam esses movimentos. Essas leis, que expressam a conservação de massa, energia e momento, determinam por completo as relações que existem entre os campos da pressão, da temperatura e da velocidade. Estas leis são bastante complexas mesmo considerando a aproximação hidrostática, que é válida para os sistemas meteorológicos de larga escala. Para os movimentos de escala sinóptica extratropicais a velocidade horizontal é aproximadamente geostrófica, esses movimentos são então referidos como sendo quase-geostróficos e torna-se, assim, muito mais simples de analisar constituindo um bom ponto de partida para a análise dinâmica da grande maioria dos sistemas com interesse na tradicional previsão do tempo a curto prazo.

Segundo Holton (1992), as ciclogéneses nas latitudes médias podem ser interpretadas tendo como base a equação da tendência do geopotencial (desenvolvida sob a hipótese quase-geostrófica), relembra-se aqui muito sumariamente, que esta equação avalia a importância de dois termos para a tendência do geopotencial: o termo de advecção de vorticidade absoluta pelo vento geostrófico e o termo da advecção diferencial da temperatura. Assim, e por intermédio da interpretação deste último termo permite-nos afirmar que advecções de ar frio sob o vale aos 500 hPa tem como consequência o cavamento do vale, enquanto que as advecções de ar quente sob a crista aos 500 hPa tem como consequência a intensificação da crista. Deste modo, e de acordo com esta teoria, as advecções de temperatura são um factor preponderante nos níveis baixos. Nos níveis altos, a equação tem como factor preponderante a advecção de vorticidade absoluta pelo vento geostrófico. Para compreender melhor os processos meteorológicos que ocorrem na troposfera e também na estratosfera baixa nas latitudes médias, de entre as quais a ciclogénese, é utilizado o conceito de vorticidade potencial (VP).

A vorticidade é uma grandeza que está intimamente ligada às partículas de ar, mais concretamente ao seu próprio movimento. Constitui uma propriedade que se propaga de uns níveis para outros por uma simples mistura turbulenta, apresentando uma especial facilidade em se propagar de cima para baixo e vice-versa, o que tem uma notável importância na propagação ciclogenética de uns níveis para outros, sobretudo de cima para baixo». In Isabel Cristina Soares e JDACT, Caso de Estudo, 7 de Dezembro de 2000, Instituto de Meteorologia, Lisboa, 2001.

Cortesia de IM/JDACT