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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM METEOROLOGIA
LELO JAIME DOMINGOS TAYOB
DETERMINAÇÃO DA RELAÇÃO ENTRE A INTENSIDADE DA CHUVA E
REFLETIVIDADE RADAR NO LITORAL DO ESTADO DE ALAGOAS USANDO
DISDRÔMETRO A LASER
MACEIÓ –AL
2014
LELO JAIME DOMINGOS TAYOB
Nº de ordem: MET-UFAL-MS XXX/2014
DETERMINAÇÃO DA RELAÇÃO ENTRE A INTENSIDADE DA CHUVA E
REFLETIVIDADE RADAR NO LITORAL DO ESTADO DE ALAGOAS USANDO
DISDRÔMETRO A LASER
Dissertação apresentada à coordenação de PósGraduação em Meteorologia – MET/UFAL,
como parte dos requisitos para obtenção do título
de Mestre em Meteorologia – Área de
concentração Processos de Superfície Terrestre.
Orientador: Profº Dr. Ricardo Sarmento Tenório.
Coorientadora: Dra. Marcia Cristina da Silva
Moraes.
Maceió –AL
2014
FICHA CATALOGRÁFICA
FOLHA DE APROVAÇÃO
À Família Tayob, que está sempre comigo.
Incansavelmente me apoia e acompanha nas minhas
batalhas e por tudo quanto representam na minha
vida;
À Direção, colegas e amigos do Instituto Nacional
de Meteorologia de Moçambique por apostarem e
acreditarem em mim;
Ao meu orientador, Prof. Dr. Ricardo Sarmento
Tenório,
pela
presença,
força,
conhecimentos
transmitidos, paciência e por acreditar no projeto.
AGRADECIMENTOS
É difícil encontrar uma frase que descreva minha gratidão a todos que direta ou
indiretamente contribuíram para a realização desse trabalho.
À DEUS, por me iluminar, conduzir e proteger em todos momentos;
À família Tayob que luta incansavelmente pra me ver crescer;
Ao Banco Mundial, Instituto Nacional de Gestão de Calamidades e Instituto Nacional
de Meteorologia de Moçambique que acreditaram e apostaram em mim;
Ao orientador prof. Doutor Ricardo Sarmento Tenório e a co-orientadora Doutora
Márcia Cristina da Silva Moraes pelo suporte científico;
Ao corpo docente e funcionários do ICAT pelos conhecimentos fornecidos e paciência
durante o curso;
Aos colegas e amigos pelo companheirismo e força;
E às comunidades Brasileira e Africana pelo apoio.
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo analisar e determinar a relação entre a intensidade da chuva e
a refletividade efetiva do radar na costa do Estado de Alagoas usando um Disdrômetro a laser
modelo OTT Parsivel2. As medições foram realizadas na área experimental do Sistema de
Radar Meteorológico de Alagoas, localizado no campus A.C. Simões da Universidade Federal
de Alagoas (9º 33’ 17,24” S e 35º 46’ 54,84” W). Os dados analisados compreenderam parte
do mês de outubro de 2013 (mês de instalação do Disdrômetro) estendendo-se até maio de
2014, totalizando 3737 minutos de intensidade de chuva, refletividade do radar, energia
cinética e diâmetro da gota. Com o propósito de obter resultados com significância estatística,
de acordo com limites preestabelecidos na pesquisa, foram aplicados aos dados de análises de
regressão linear, função densidade de probabilidade, função de frequências e ocorrências, que
permitiram identificar as intensidades de chuva predominante, os horários de maior
frequência e a expressão que relaciona a intensidade da chuva e a refletividade efetiva do
radar meteorológico. A equação geral referente ao conjunto total de dados, a relação Z-R,
encontrada foi, Z = 123,3 R1,27 (r2=0,91), valores do coeficiente a do presente no estudo
foram mais baixos e b apresentou grande semelhança aos encontrados por MORAES (2003).
Essas chuvas tiveram sua maior frequência durante o período da madrugada e início da manhã
(00-10h), podendo ser justificada devido à intensificação dos sistemas meteorológicos que
chegam à costa de Alagoas, pela circulação de brisa terrestre que ocorrem próximas à costa no
período da noite. Analisando as frequências de ocorrência das intensidades de chuva
verificou-se que as intensidade (R ≤ 4 mmh-1) foram as mais registradas pelo instrumento,
com diâmetros da gota variando de 0,2 a 1,3 mm.
Palavras chave: Leste do Nordeste do Brasil. Disdrômetro OTT Parsivel2. Intensidade da
chuva. Refletividade de Radar.Relação Z-R.
ABSTRACT
The data analyzed comprised part of October 2013 (the month of Disdrometer installation)
extending to May 2014, totaling 3737 minutes of rainfall intensity, the radar reflectivity,
kinetic energy and drop diameter. In order to get statistically significant results, according to
pre-established limits on research, data analysis, multiple regression, probability density
function, function of frequency and occurrences, which allowed to identify the predominant
intensity of rain were applied, the time higher frequency and the expression that relates the
intensity of the rain and the effective reflectivity of weather radar. The general equation for
the total of the data set, the ZR relationship was found, Z=123.3 R1,27 (r2 = 0.91), the
coefficient a values in the present study were lower and b showed strong similarity to those
found by Moraes (2003). These rains had their greatest frequency during the morning and
early in the morning (00-10h), which may be justified due to the intensification of weather
systems that reach the coast of Alagoas, the land breeze circulation occurring near the coast
during the overnight. Analyzing the frequency of occurrence of the rain intensity is
determined that the intensity (R ≤ 4 mmh-1) were recorded by the instrument with drop
diameters ranging from 0.2 1,3 mm.
Keywords: East of Northeast Brazil. Disdrometer OTT Parsivel2. Rain intensity. Radar
reflectivity. ZR relationship.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Sistema frontal posicionado leste do nordeste em (05/02/2013)....................... 31
Figura 2.2 – Vórtice ciclônico do tipo Palmer posicionado sobre Nordeste Brasileiro......... 34
Figura 3.1 – Mapa de localização da área de estudo.............................................................. 41
Figura 3.2 – Disdrômetro OTT Parsivel2 localizado na área externa do sistema de radar
meteorológico de Alagoas................................................................................ 43
Figura 3.3 – Princípio de funcionamento de OTT Parsivel2.................................................. 44
Figura 4.1 – Série Disdrométrica da representativa do litoral norte de Alagoas entre
outubro/2013 a maio/2014................................................................................ 50
Figura 4.2 – Frequência de ocorrência de eventos de intensidade R ≥ 10 e R<10 mmh-1 para
chuva do dia 02 de maio de 2014..................................................................... 51
Figura 4.3 – Relação Z-R, Outubro de 2013.......................................................................... 53
Figura 4.4 – Relação Z-R, Novembro de 2013...................................................................... 54
Figura 4.5 – Relação Z-R, Dezembro de 2013....................................................................... 54
Figura 4.6 – Relação Z-R, Janeiro de 2014............................................................................ 55
Figura 4.7 – Relação Z-R, Fevereiro de 2014........................................................................ 55
Figura 4.8 – Relação Z-R, Março de 2014............................................................................. 56
Figura 4.9 – Relação Z-R, Abril de 2014............................................................................... 56
Figura 4.10 – Relação Z-R, Maio de 2014............................................................................... 57
Figura 4.11 – Relação Z-R Geral............................................................................................. 57
Figura 4.12 – Comparação das relações Z-R gerais, Outubro/2013........................................ 58
Figura 4.13 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva no dia 17 de
outubro/2013..................................................................................................... 58
Figura 4.14 – Comparação das relações Z-R gerais, Novembro/2013..................................... 59
Figura 4.15 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 5 de
Novembro/2013................................................................................................ 59
Figura 4.16 – Comparação das relações Z-R, Dezembro/2013................................................ 60
Figura 4.17 – Comparação das relações Z-R, evento de chuva dia 01 de dezembro/2013...... 60
Figura 4.18 – Comparação das relações Z-R, Janeiro/2014..................................................... 61
Figura 4.19 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 28 de
Janeiro/2014...................................................................................................... 61
Figura 4.20 – Comparação das relações Z-R, Fevereiro/2014................................................. 62
Figura 4.21 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 4 de
fevereiro/2013................................................................................................... 62
Figura 4.22 – Comparação das relações Z-R gerais,Março/2014............................................ 63
Figura 4.23 – Comparação das relações ZR gerais, evento de chuva dia 12 de Março/2014.. 63
Figura 4.24 – Comparação das relações ZR, Abril/2014......................................................... 64
Figura 4.25 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 29 de abril/2014.... 64
Figura 4.26 – Comparação das relações Z-R, Maio/2014........................................................ 65
Figura 4.27 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 2 de Maio/2014..... 65
Figura 4.28 – Função densidade de probabilidade................................................................... 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Valores típicos observados das propriedades das nuvens................................... 19
Tabela 2.2 – Diâmetros típicos de gotas...................................................................................23
Tabela 2.3 – Valores dos coeficientes das relações Z –R disdrométricas – acumulações de 1
minuto................................................................................................................. 37
Tabela 2.4 – Relações Z-R para o Leste do Nordeste do Brasil............................................... 38
Tabela 3.1 – Evolução dos dados utilizados na análise............................................................ 40
Tabela 3.2 – Algumas caraterísticas do OTT parsivel2........................................................... 43
Tabela 3.3 – Classificação de acordo com diâmetro e velocidade da partícula....................... 45
Tabela 4.1 – Variação dos coeficientes a e b (Tayob, 2014)................................................... 52
Tabela 4.2 – Variação dos coeficientes a e b (Moraes 2003)...................................................53
Tabela 4.3 – Frequência de ocorrência de intensidades de precipitação R (mmh-1)................ 66
Tabela 4.4 – Períodos de ocorrência de precipitação R(mmh-1).............................................. 67
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO............................................................................................................ 13
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................................... 15
2.1
Parâmetros físicos da nuvem....................................................................................... 15
2.1.1 A Água na atmosfera...................................................................................................... 15
2.1.2 A Condensação............................................................................................................... 16
2.1.3 O Crescimento de gotas.................................................................................................. 17
2.1.4 Distribuição de gota na nuvem....................................................................................... 17
2.1.5 A Formação da Precipitação........................................................................................... 19
2.2
Características da precipitação pluviométrica........................................................... 20
2.2.1 Intensidade da chuva (R)................................................................................................. 20
2.2.2 Diâmetro da gota (D)...................................................................................................... 22
2.2.3 A Energia cinética da chuva (Ec)....................................................................................23
2.2.4 Refletividade efetiva do radar......................................................................................... 24
2.3
A Distribuição do tamanho de gota e sua aplicação.................................................. 25
2.4
Os principais mecanismos responsáveis pela produção de chuva no leste do
nordeste Brasileiro........................................................................................................ 29
2.4.1 Sistemas frontais............................................................................................................. 30
2.4.2 As Perturbações Ondulatórias no Campo dos Alísios (POAs)....................................... 31
2.4.3 Os Distúrbios ondulatórios de leste (DOL).................................................................... 32
2.4.4 Vórtices Ciclônicos de altos níveis (VCAN).................................................................. 33
2.4.5 A Brisa marítima e terrestre............................................................................................ 34
2.4.6 A Convecção local.......................................................................................................... 35
2.5
A Relação (Z-R)............................................................................................................. 35
2.6
Conclusão....................................................................................................................... 38
3
SÍTIO EXPERIMENTAL, INSTRUMENTAÇÃO E TÉCNICAS DE ANÁLISE.40
3.1
Área de estudo e coleta de dados................................................................................. 40
3.2
Instrumento de medição............................................................................................... 42
3.2.1 Princípio de funcionamento do Disdrômetro OTT Parsivel2.......................................... 44
3.3
Técnicas de análise de dados........................................................................................ 46
3.3.1 A Intensidade da precipitação (R)................................................................................... 46
3.3.2 A Refletividade do radar (Z)........................................................................................... 46
3.3.2.1 A Relação Z-R............................................................................................................. 47
3.4
A Densidade de probabilidade..................................................................................... 48
4
RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................. 49
4.1
Características da chuva no leste de Alagoas durante o período de estudo............ 49
4.2
Série disdrométrica....................................................................................................... 50
4.3
Chuvas convectivas e estratiformes............................................................................. 50
4.3.1 Relação Z-R (meses)....................................................................................................... 51
4.3.2 Relação Z-R (Geral)........................................................................................................ 57
4.4
Frequência de Intensidade da chuva........................................................................... 66
4.5
Função densidade de probabilidade (FDP)................................................................ 67
5
CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES..................................................................... 68
REFERENCIAS............................................................................................................ 69
13
1
INTRODUÇÃO
Desde o início da humanidade a precipitação sempre foi uma variável que condicionou
os planos do homem e que há muitos anos tem sido estudada por pesquisadores de diversas
áreas com diferentes objetivos. São desenvolvidas técnicas cada vez mais eficazes para
estudar e compreender as caraterísticas da precipitação associando aos seus efeitos e ao
mesmo tempo procurando soluções para as diferentes consequências negativas causadas por
elas, assim como, descobrindo novas maneiras de adaptar ou tirar proveitos das suas
variações. Sua variabilidade incorpora a gama das principais razões da investigação desse
fenômeno. Para Molion e Bernardo (2002), é a variável mais difícil de ser observada com
acurácia, uma vez que apresenta erro instrumental, de exposição e localização. Sua
abundância, em algumas áreas da região tropical, fornece-lhe um papel e posição de destaque
na produção de energia elétrica que por sua vez constitui um dos pilares muito importantes no
desenvolvimento das comunidades. Na região Nordeste do Brasil apresenta característica
significativa de variabilidade espacial e temporal, proveniente da atuação de diferentes
sistemas meteorológicos. Em determinadas localidades são comuns à ausência de chuvas
durante períodos prolongados, ocasionando graves problemas para a sociedade e para os
ecossistemas naturais. A produção agrícola, a principal atividade económica, que é
apresentada como a base de desenvolvimento de muitas comunidades, é, quase na sua
totalidade, controlada principalmente pela quantidade e regularidade das chuvas.
O uso de Disdrômetro como um instrumento de medição e obtenção do espectro de
gotas de chuva permite analisar, com mais detalhes, as caraterísticas da precipitação de certa
região. Detalhes que têm impactos diretos ou indiretos na qualidade de vida da população,
gestão de governos, entre outros. O domínio dessa medição associado ao conhecimento dos
principais mecanismos que geram precipitação em uma determinada região desempenha papel
preponderante em estudos de diferentes processos. Nos campos da climatologia,
meteorologia, hidrologia e radio comunicação, a taxa da precipitação e a distribuição do
tamanho de gota de chuva podem ser aplicadas na compreensão do comportamento da
variabilidade da precipitação e contribuem na identificação de padrões de distribuição
espacial e temporal da disponibilidade hídrica, estimação de caudais de ponta, identificação
de comportamentos extremos e sazonais, os processos de erosão de solos, identificação de
zonas vulneráveis ou de risco que podem condicionar a habitação e prática de certas
atividades, como por exemplo, a atividade econômica. Nessas condições, também pode ser
compreendido o fenômeno de redução ou perda de sinal de comunicação.
14
Com o surgimento do radar meteorológico, extensas áreas e distantes dos pontos de
medição tradicionais passaram a ser monitoradas continuamente, e, consequentemente
passou-se a ter ideia dos efeitos da chuva em diferentes regiões simultaneamente, assim como
já é possível reduzir ou mitigar os efeitos negativos para a sociedade.
Hoje, um dos grandes problemas reside na qualidade da medição da precipitação que
com o surgimento e melhoria dos Disdrômetros é possível determinar diferentes relações
entre fator de refletividade do radar e a intensidade da chuva (Z-R) que permitem a calibração
dos radares, consequentemente, fornecem resultados cada vez mais próximos da realidade e
mais seguros para analisar, interpretar e monitorar os eventos de precipitação.
O Estado de Alagoas, mas especificamente a capital Maceió, tem sido afetada,
frequentemente, pelas fortes chuvas que causam inúmeros problemas sociais e econômicos,
tais como: enchentes, desabamentos ou deslizamentos de terras, destruição total ou parcial de
infraestruturas e campos de cultivo, perdas de vidas, surgimento de epidemias, entre outros,
problemas que têm implicações diretas na vida da população. Essa região beneficia-se de uma
cobertura por Disdrômetros e radar meteorológico, instrumentos de alta sensibilidade e raios
de cobertura muito abrangentes. Contudo, há necessidade de se analisar as características da
precipitação com auxílio desses instrumentos, tendo como principal objetivo a redução ou
mitigação dos efeitos negativos da precipitação na costa leste do nordeste Brasil.
O presente estudo tem como objetivo analisar a precipitação pluviométrica
determinando a relação Z-R para a costa leste no nordeste do Brasil usando um conjunto de
dados medidos através do Disdrômetro OTT Parsivel2.
A descrição dos processos envolvidos como forma de alcançar os objetivos dessa
pesquisa inicia-se na seção 2 com uma revisão bibliográfica referente parâmetro microfísico
das nuvens; as características da precipitação e os principais sistemas meteorológicos
responsáveis pelas chuvas que ocorre na região do estudo. Na seção 3 abordam-se as
diferentes caraterísticas do Disdrômetro OTT Parsivel2, princípio de funcionamento, descrição
do local de estudo e a metodologia usada. A seção 4 apresenta os resultados e discussões. E a
seção 5, finaliza o trabalho, com a conclusão geral bem como sugestões para melhoria e
futuros trabalhos de pesquisa.
15
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Embora o vapor d’água seja um constituinte secundário em termos de percentagem,
ele está sempre presente na atmosfera. Ao contrario dos maiores componentes como oxigênio
e nitrogênio, sua concentração varia grandemente no espaço e no tempo. As nuvens, por sua
vez, são compostas por milhões de minúsculas partículas de gelo ou água em seu estado
líquido ou ainda de ambos ao mesmo tempo (mistas), que se encontra em suspensão na
atmosfera, após terem condensado o vapor de água existente em ar úmido. As chuvas que são
o resultado da precipitação das gotas das nuvens sobre a superfície da terra apresentam
diferentes característica dependendo de sua origem, tais como, intensidade, diâmetro da gota,
energia cinética da gota, refletividade efetivas, duração e frequência. Essas chuvas são
produzidas a partir de diferentes sistemas meteorológicos, que surgem em diferentes épocas
do ano. Neste sentido, o capitulo 2 ira abordar com mais detalhes assuntos referentes à
microfísica das nuvens e as características da precipitação e dos sistemas produtores de chuva
no Nordeste Brasileiro.
2.1
Parâmetros físicos da nuvem
2.1.1 A Água na atmosfera
O vapor d’água é um dos elementos constituintes da atmosfera, consequentemente do
ar apresentando como característica “ser variável em quantidade de acordo com a
disponibilidade de água no local e energia do meio” (OMETTO, 1981).
Tubelis (1983), abordando a existência de vapor d’água na atmosfera dispõe que “a
concentração de vapor d’água é pequena, chegando ao máximo a 4% em volume, mas é
extremante variável”. Essa variação é bastante significativa com 0,5 g/kg a 40 g/kg, dos polos
aos trópicos, respectivamente. O vapor desempenha um grande papel na distribuição da
temperatura, por participar ativamente dos processos de absorção e emissão de calor sensível
pela atmosfera e por atuar como veículo de energia ao transferir calor latente de evaporação
de uma para outra região, o qual é liberado como calor sensível, quando o vapor se condensa.
O fluxo de vapor d’água da superfície terrestre, evaporação, depende da natureza e
temperatura da superfície, da força do vento e da umidade do ar. É transferido às camadas
imediatamente superiores através da evaporação que ocorre nos oceanos e na superfície sólida
do planeta. Removido da troposfera média em forma de chuva, neve, etc, até à superfície. Na
região tropical a chuva é o principal mecanismo que o traz de volta à superfície terrestre. Na
16
camada média o vapor d’água deve difundir pra cima através da troposfera inferior
(BELCULFINÉ, 1977; VAREJÃO-SILVA, 2006).
Devido às suas grandes variações, um transporte complexo de vapor de água ocorre
em todas as escalas de movimento até alcançar a circulação geral da atmosfera. Desta
maneira, regiões tropicais são fontes de vapor de água e as regiões polares são os depósitos;
os oceanos são fontes de vapor de água e os continentes são, obviamente, depósitos; pelo
menos aquelas áreas que drenam água para os oceanos, são depósitos (BELCULFINÉ, 1977).
A maneira de quantificar a quantidade de vapor d’água presente num volume de ar em
dado instante é através da umidade relativa do ar. Sendo assim, a umidade relativa é indicativa
do potencial da atmosfera de um determinado local, logo acima da superfície, produzir chuva;
quanto mais próximo de 100% a umidade relativa estiver, mais saturada estará atmosfera.
2.1.2 A Condensação
A fase em que a matéria se transforma, passando do estado gasoso ao líquido é
denominada de condensação. O processo de condensação (nucleação), que dá origem a gota,
pode ocorrer de duas maneiras distintas: condensação homogênea e condensação heterogênea.
A condensação homogênea favorece a formação de gotas, de uma forma aleatória,
pelo processo de colisão de partículas de vapor de água sob condição de supersaturação. Neste
processo a gota pode ter um crescimento significativo (NASCIMENTO, 2009).
Para Varejão-Silva (2006) existem dois aspectos para que tal processo seja
improvável: Primeiro aspecto: a ocorrência da nucleação homogênea é pouco provável,
considerando a baixa concentração do vapor de água em relação aos demais constituintes do
ar. Mesmo em ambientes controlados, com umidade relativa superior a 100%. O segundo
aspecto: A aglutinação de poucas moléculas não permitiria o desenvolvimento de forças
coercitivas para mantê-las agregadas. Assim as moléculas mais externas tenderiam a se liberar
rapidamente do êmbrio, o que excluía a possibilidade de tais agregados moleculares se
formarem lentamente.
Pelo processo de condensação ou nucleação heterogênea as gotas podem ser formadas
em condições de umidade relativa inferior ou igual a 100%. Devido à presença constante ou
permanente de partículas minúsculas nos estados sólido e líquido na atmosfera. A
condensação pode ocorrer sem que seja, necessariamente, observada a condição de
supersaturação, umidade relativa superior a 100 %. De outra maneira, para que haja formação
de nuvens é necessário que o ar esteja saturado, reter o máximo possível de umidade da
17
atmosfera e que haja uma superfície sobre a qual esse vapor possa condensar
(NASCIMENTO, 2009).
2.1.3 O Crescimento de gotas
Existem duas teorias clássicas que procuram explicar o desenvolvimento de gotas ou
cristais de gelo até alcançarem o tamanho com o qual podem cair à superfície. Uma teoria diz
respeito às nuvens frias e outra às nuvens quentes (VAREJÃO-SILVA, 2006).
As nuvens frias são aquelas localizadas acima da isoterma de 0°C. Elas são
constituídas de água líquida e gelo (nuvens mistas) ou somente gelo (DUARTE, 2012).
A teoria de Bergeron-Findeisen se fundamenta no fato da pressão de saturação do
vapor ser menor sobre o gelo do que sobre a água sobrefundida. Uma vez que na nuvem fria
coexistem cristais de gelo e gotas de água, o vapor de água tende a se depositar sobre os
cristais de gelo e estes crescerão rapidamente por condensação até atingirem tamanhos e pesos
suficientes para vencerem as correntes de ar verticais ascendentes. Contudo, nem todos os
cristais alcançam a superfície, pois essas correntes podem quebrar os cristais e em seguida
reconduzidos ao topo da nuvem e outros podem fundir-se total ou parcialmente juntando-se a
outras gotas.
As nuvens quentes estão localizadas abaixo da isoterma de 0°C, e são formadas da
condensação do vapor de água em um ambiente (WALLACE; HOBBS, 1977). Neste caso o
tamanho das gotas aumenta, inicialmente, por condensação de mais vapor de água na sua
superfície. Sendo nesta fase em que ocorre o maior aumento do volume e mesmo havendo
uma sobre saturação pequena, em pouco tempo elas alcançam raios de 5 a 10μm, típicos de
uma gotícula de nuvem. Acredita-se que, nessa fase inicial, a presença de núcleos
higroscópicos e em particular os gigantes desempenhem um papel muito importante e
facilitem o surgimento de gotículas de tamanhos diferentes (VAREJÃO-SILVA, 2006). A
seguir, tem lugar o processo de queda e crescimento por coalescência. A gota coletora (a
maior) colide com as menores e as incorpora (coalescência). As maiores possuem maior
eficiência de coleta; elas crescem mais rápido (WALLACE; HOBBS, 1977).
2.1.4 Distribuição de gota na nuvem
O conteúdo de água líquida varia significativamente, dependendo do tipo de nuvem
presente em determinado lugar da atmosfera. Wallace e Hobbs (2006) analisaram quantidades
de gotas em nuvens marítima e continental. Eles verificaram que as nuvens marítimas têm
18
menor quantidade de gotas de água que as nuvens continentais. Grande parte das nuvens
marinhas a concentração de gotas varia entre 100 e 200 gotas/cm-3 e que em nuvens
continentais há maior concentração de gotas, cerca de 900 gotas/cm-3.
Apesar de haver pouca variação no conteúdo de água líquida, entre nuvens
continentais e marinhas, as nuvens continentais têm maior concentração de gotas, e estão
associadas a gotas menores, enquanto que nas nuvens marinhas a concentração de gotas é
menor e estão associadas a gotas maiores, (DUARTE, 2012).
Segundo Hudson e Seong (2001), as diferenças entre concentração de quantidades de
gotas em nuvens marítimas e continentais foram descobertas por Squires (1956). Em estudos
sobre as características microfísicas das nuvens cúmulos pequenos, marítimos e continentais,
eles encontraram diferenças significativas nos núcleos de condensação das nuvens nos dois
tipos de ambiente. Havia, consistentemente, grande concentração de gotas menores na nuvem
cúmulo do ambiente continental. Existiam mais gotas de diâmetro D > 50 µm nas nuvens
marítimas, onde a chuva está associada a gotas de diâmetros que variam de 2 a 50 µm, alta
concentração de gotas grandes e maior quantidade de gotas de água líquida na nuvem.
Resultados semelhantes foram obtidos por Matrucci e O’Doed (2011) que usaram a técnica
SYRSOC (Synergetic Remote Sensing of Cloud) para obter os principais parâmetros
microfísicos, tais como o número de concentração de gotas da nuvem (N), raio efetivo das
gotas (ref), conteúdo de água líquida (LWC) e movimentos sob condições adiabáticas na
nuvem, das nuvens estrato cúmulos em ambientes marítimo e continental na estação de
pesquisa atmosférica de “Mace Head”. Eles concluíram que as nuvens formadas no continente
apresentam o maior número médio de concentração de gotas na nuvem (N = 382 cm-3) com
menor raio médio efetivo destas (ref = 4.3 µm) enquanto que as nuvens do ambiente marítimo
apresentam o menor número médio de concentração de gotas (N = 25 cm-3), mas com o raio
médio efetivo igual a ref = 28.4 µm.
Rosenfeld e Lenky (1998) e Hess et al. (1998), observaram valores típicos das
propriedades das nuvens, que são meramente, médias modal, Tabela 2.1, e que foi baseado em
medições “in situ” e medições de satélite, feitas na Indonésia, Tailândia, Israel e região central
do oceano Índico.
19
Tabela 2.1 – Valores típicos observados das propriedades das nuvens.
Ambiente
R
r'
N
L
Estratos
4.7
7.3
250
0.28
Cúmulos (limpa)
Cúmulos (poluída)
Cumulonimbus (em crescimento)
Cumulonimbus (dissipando)
Fog (névoa)
4.8
3.5
6-8
7-8
8.1
5.8
4.0
7-10
9-10
10.7
400
1300
~500
~300
15
0.26
0.3
1-3
1.0-1.5
0.06
Estratos
6.7
11.3
80
0.30
(Estrato) cúmulos
10.4
12.7
65
0.44
Cirros (-25 ◦C)
-
92
0.11
0.03
Cirros (-50 ◦C)
Fonte: Adaptado de Hess et al.(1998) e Rosenfeld; Lenky (1998).
-
57
0.02
0.002
Continental
Marítimo
Continental
ou Marítimo
Tipo de nuvem
Onde, r e r' são os raios da gota de nuvem e raio ótico eficaz, em micrometro,
respetivamente; N é o número de gotas por centímetro cúbico e L é o conteúdo de água líquida
na nuvem (g/m3).
2.1.5 A Formação da precipitação
Garcez e Alvarez (1988) definiram a precipitação como sendo o conjunto de águas
originadas do vapor de água atmosférico que cai em estado líquido ou sólido, sobre a
superfície da terra. Este conceito engloba, portanto, não somente a chuva, mas também a
neve, granizo, neblina, orvalho ou geada. Para as condições climáticas do Brasil, a chuva é a
mais significativa em termos de volume.
A precipitação na região tropical é o elemento meteorológico de maior importância,
pois é o que apresenta maior variação em termos de mudanças sazonais, e é o principal fator
na utilização da subdivisão do clima numa região. A grande variabilidade de intensidade e, de
uma forma geral, as características estruturais da precipitação são algumas das maiores
dificuldades encontradas na parametrização dos campos de chuva. Esses problemas são
particularmente sentidos dentro dos modelos de circulação geral e previsão do tempo. O
conhecimento mais detalhado, tendo como foco principal alguns fatores da microfísica da
chuva, principalmente para uma região com grande escassez sobre esse assunto é de
fundamenta importância (MORAES et al., 2004).
A precipitação é o principal mecanismo natural de restabelecimento dos recursos
hídricos da superfície terrestre. A sua distribuição temporal e espacial constitui dos fatores
que condicionam o clima e que estabelecem o tipo de vida de certa região (TUBELIS;
20
NASCIMENTO, 1983). Contudo, para que se forme a precipitação é necessário que as gotas
possuam diâmetros médios superiores a 20 µm. Porém, tais gotas formam-se com a existência
de núcleos de condensação grandes e partículas higroscópicas, como sal marinho. O aumento
da massa e volume destas facilita a sua queda que ao mesmo tempo aumenta a chance delas
colidirem com outras e, consequentemente, aumentando seu tamanho. Deste modo, após
aproximadamente um milhão de colisões as gotas atingem tamanhos suficientemente grandes
para vencer as correntes verticais ascendentes e podem cair e atingir a superfície em forma de
chuva sem poder evaporar durante o percurso. As gotas de chuva podem crescer até
aproximadamente 6 mm de diâmetro, quando sua velocidade terminal é de 30 kmh-1. Com
esse tamanho e velocidade, a tensão superficial, que a mantém inteira, é superada pela
resistência do ar, que acaba quebrando a gota (MORAES, 2003).
2.2
Características da precipitação pluviométrica
2.2.1 Intensidade da chuva (R)
O tamanho da gota está inteiramente relacionado com a intensidade da chuva e com a
velocidade terminal das gotas deste fenômeno, existe uma relação direta. A intensidade da
chuva é o fluxo de precipitação pluvial através de uma superfície horizontal e é expressa em
termos do volume de fluxo de água. Consequentemente, a intensidade pode ser expressa em
função da distribuição por tamanho, N(D), pela equação (1) (MORAES 2003).
∫
( )
( )
[mmh-1]
(1)
Onde:
R= intensidade da chuva [mm h-1]
N = número de gotas medidas
D = diâmetro médio das gotas [mm]
u(D) é a velocidade de queda de uma gota de diâmetro D.
Quando existe uma corrente vertical ascendente u o fluxo de precipitação pode ser
escrito da seguinte maneira:
21
∫
( )
(
)
[mmh-1]
(2)
Estudos sobre a chuva têm sido tradicionalmente, realizados considerando quantidades
acumuladas ou médias enquanto que outras características da precipitação como a frequência
e intensidade têm sido foco de estudo nos últimos anos (ZHOU et al., 2008). Ela é uma
ferramenta crucial na compreensão do comportamento temporal e espacial dos recursos
hídricos, em termos de disponibilidade e impactos dos eventos extremos. Este fenômeno é o
principal contribuinte hidrológico de uma bacia hidrográfica. No entanto, chuva de
intensidade forte pode causar vários problemas como, por exemplo, inundações e suas
consequências para a vida humana e não só (PIZARRO et al., 2012). Conhecer a intensidade
da chuva é importante para vários aspectos, como são os casos de modelagem da erosão dos
solos e/ou dimensionamento do sistema de drenagem. Por outro lado, é também importante
para perceber a taxa de carga do lençol freático e estimar o escoamento (KUMAR et al.,
2007).
Raimundo (2011) analisou a probabilidade de ocorrência de extremos de precipitação
e tendência de classes desta, para a região metropolitana de São Paulo, tendo concluído que
eventos extremos de precipitação são responsáveis por distúrbios sociais e problemas
econômicos, principalmente em grandes centros urbanos. Áreas densamente povoadas sofrem
deslizamentos de terra, inundações e destruição de construções, que causam mortes e doenças
em larga escala tais como a malária, dengue e leptospirose. Por esses e outros motivos estudos
de valores dessa natureza podem ser usados como forma de prevenção (planejamento) pelos
órgãos competentes, na tentativa de minimizar os efeitos provocados pelas precipitações mais
intensas. Liu et al. (2005) analisaram as tendência das quantidades, frequência e intensidade
da chuva, que ocorreram na China, de 1960 a 2000, com objetivo de perceber a característica
da variação desta. Dentre várias conclusões destacam que o aumento da proporção deste
fenômeno, devido a chuvas intensas e a tendência decrescente dos eventos de precipitação
fraca, tem implicações potencialmente graves no controle de enchentes e produção vegetal,
especialmente nas áreas de cultivo de sequeiro, nas zonas áridas e semi-áridas daquele país.
22
2.2.2 Diâmetro da gota (D)
Existe uma considerável diferença de tamanho das gotas presentes numa nuvem em
relação às que constituem um evento de chuva. Uma gota de chuva tem o tamanho de 100
vezes maior que uma gota de nuvem em formação (COELHO; MARTIN, 2009). Fontes
diferentes aproximam o intervalo de medição dos diâmetros de gotas da chuva. No entanto,
em média, uma gota de chuva tem diâmetro entre 0,1 e 5 mm. As gotas de chuva, com até 2
mm de diâmetro, são esféricas enquanto que as maiores têm seu formato afetado devido a
gravidade. As gotas com diâmetros maiores que 3 mm têm a parte inferior achatada pela
resistência do ar. Esse formato será cada vez mais deformado à medida que a gota de chuva
for aumentando o seu tamanho e ao mesmo tempo ela vai sendo mais susceptível a se quebrar
(NEKE MOOR).
Os diâmetros das gotas além de variarem em função do ambiente, marinho ou
continental, em que a nuvem se encontra, elas variam segundo o tipo de nuvem que as
concentra, nuvem quente ou nuvem fria. As nuvens marinhas são constituídas de gotas com
diâmetros maiores do que as gotas que constituem as nuvens em ambiente continental.
Segundo Belculfiné (1977) tal distinção é, presumivelmente, devido ao conteúdo de núcleos
das duas massas de ar envolvidas.
Em nuvens quentes as gotas de chuva são, geralmente, de diâmetros menores que as
encontradas em nuvens frias e, dificilmente, gotas de chuva existentes em nuvens quentes
passam de 2 mm de diâmetro. Esse facto pode ser explicado pela combinação do processo de
Bergeron mais colisão-coalescência (em nuvens frias) produz gotas maiores que o processo de
colisão-coalescência sozinho (em nuvens quentes).
Para fins científicos, agricultura, defesa civil, entre outros, o conhecimento de
diâmetro de gotas de chuva que atinge determinada região são importantes para que possamos
entender as características dos tipos de chuva, assim como, a contribuição de cada tipo de
chuva na região de interesse.
Horstmeyer (2008) classificou os diâmetros do tamanho da gota de chuva conforme
suas intensidades dos eventos de chuva, tabela 2.2, podendo ser concluindo que as menores
gotas são comuns em chuvas fracas, e os maiores tamanhos ocorrem em chuvas tipo
tempestade.
23
Tabela 2.2 – Diâmetros típicos de gotas com diferentes intensidade de chuva
Tamanhos de gota típicos
Tipo de Chuva
Diâmetro
(mm)
Gotas menores
0.5
Gotas maiores
2.0
Chuva fraca
Chuva Moderada
Gotas menores
1.0
Gotas maiores
2.6
Chuva forte (tempestade)
Gotas menores
1.2
Gotas maiores
4.0
A maior gota possível
5.0
10
Granizo
40
Fonte: Horstmeyer (2008).
2.2.3 A Energia cinética da chuva (Ec)
A relação entre a intensidade da chuva e energia cinética, e suas variações espacial e
temporal, é importante para prever a erosão; pois uma quantidade de solo que é removida está
relacionada à certa quantidade de precipitação pluvial com uma determinada intensidade de
queda (DIJK et al., 2002). Assim como, a chuva consiste de espectro de tamanhos de gota a
energia cinética é dependente da natureza da distribuição de tais tamanhos de gotas de chuva.
Em particular, gotas de diâmetros maiores têm mais massa e velocidade vertical (FOX, 2004).
Ec 3 10 4
1 nkl
ni v 2 ( Di ) Di3
S t i 1
[J m-2 h-1]
(3)
Onde:
Ec= energia cinética da gota [J m-2 h-1]
S = Área da superfície coletora do Disdrômetro.
ni = número de gotas medidas na classe de tamanho i.
Di = diâmetro de gotas da classe i.
V(Di) = velocidade terminal das gotas da classe i.
Desde que o processo de erosão se inicia pelo impacto da gota de chuva no solo, a
unidade básica da erosão pode ser representada pelo “stress”, momento ou energia cinética de
24
uma gota isolada (SHARMA, 1996) que são funções da distribuição de tamanhos, forma e
velocidade terminal das gotas. A energia cinética de uma gota isolada é a mais usada para
erosão de solos (HUDSON, 1995). A Erosividade das chuvas é uma medida da influência
meteorológica na erosão hídrica dos solos. Se outras variáveis tais como a topografia e a
cobertura vegetal do solo forem consideradas constantes a taxa de erosão é diretamente
relacionada ao nível de erosividade das chuvas. A combinação da energia cinética e o pico da
intensidade da chuva são quase intimamente relacionados com o valor observado de perda de
solo (HASSAN, 2011).
Analisando a equação (3) percebe-se que a velocidade das gotas de chuva é um fator
determinante durante a análise dos processos de erosão dos solos, pois a energia cinética
aumenta à medida que se intensificam os ventos e consequentemente aumenta o impacto das
gotas no solo aumentando assim o efeito da desagregação das partículas do solo. Sempre que
a intensidade da chuva excede a capacidade de infiltração do solo, imediatamente tem lugar o
processo de escoamento superficial que pode dar início à erosão hídrica.
Jayawarden e Rezaur (2000) estimaram a influência das tempestades na erosão dos
solos e identificaram os tipos de gotas de chuva frequentes em tempestades de Hong Kong.
Pelas correlações entre a intensidade, quantidade e energia cinética da chuva concluíram que
o aumento da quantidade da chuva está relacionado com o aumento do tamanho de gotas, a
intensidade deste fenômeno está diretamente relacionada ao número de gotas e que o aumento
da intensidade pode ser explicado pelo aumento de tamanhos de gotas da chuva.
2.2.4 Refletividade efetiva do radar
Para Sauvageot (1992) a média de energia retro difundida por uma população de
partículas distribuídas de forma homogénea em um volume elementar é proporcional à sua
refletividade do radar. A refletividade do radar é uma quantidade característica do alvo, sua
definição não implica assumir a natureza do meio de dispersão. Geralmente, em
comprimentos de onda padrões dos radares meteorológicos, as condições da aproximação do
feixe de luz com relação a retro difusão nas nuvens e precipitação (exceto granizo) são
satisfeitas.
A quantidade de energia retornada pelas gotas de chuva é representada pelo fator de
refletividade de radar Z, fator de refletividade do precipitante. Este valor é obtido
matematicamente pelo radar. O fator de refletividade é dependente do número e tamanho das
25
gotas de chuva por unidade de volume, tem unidade de mm6m-3 (MORAES, 2011 e
MASSAMBANI, 1998) e é expresso em dBZ (SAUVAGEOT, 1992).
2.3
A Distribuição do tamanho de gota e sua aplicação
O domínio do espetro do tamanho de gota de chuva é essencial para a formulação do
algoritmo que ajuda no conhecimento dos padrões da chuva, utilizando técnicas de radar
meteorológico (SIMPSON et al., 1988). A distribuição do tamanho de gota de chuva
possibilita o cálculo ou computação de propriedades do volume de chuva tais como, o
conteúdo de água, intensidade da chuva e energia cinética. É também o descritor básico na
parametrização e modelagem numérica da microfísica da chuva e seus impactos (TOKAY;
SHORT, 1996; JAYAWARDEN; REZAUR, 2000). Essa distribuição varia de lugar para
lugar, dependendo de condições meteorológicas (JASSAL et al., 2011) e variam também de
uma tempestade para outra assim como, dentro de um sistema de tempestade (TOKAY et al.,
2002; BRINGI et al., 2003).
Estudar ou analisar a distribuição do tamanho de gotas é, no entanto, vital para várias
áreas de aplicação tais como satélite meteorológico, comunicação e erosão de solos
(HARIKUMAR et al., 2009). Segundo Owolawi (2011); Adetan e Afullo (2013) as vantagens
oferecidas pelas micro-ondas e ondas milimétricas tem atraído interesse dos acadêmicos e da
indústria de comunicação. Tornando, cada vez mais importante conhecer as caraterísticas
dessas ondas em zonas com determinado tipo de chuvas. A propagação da onda
eletromagnética através de uma região contendo gotas de chuva sofre dois efeitos de
atenuação, a saber: Primeiro absorção, através do qual parte dessa energia é absorvida pelas
gotas de chuva e transformada em calor e segundo é o espalhamento da energia em todas as
direções. O cálculo desses dois mecanismos de atenuação é baseado no conhecimento das
características das gotas de chuva.
Ochou et al. (2007) analisaram a parametrização da distribuição do tamanho da gota
de chuva com a sua taxa, na região Oeste de África e verificaram outra importância do
conhecimento dessa distribuição que tem sido alvo de muitos estudos técnicos e científicos,
no que diz respeito a ciências ambientais: a remoção de poluentes na atmosfera que depende
da chuva.
Para Ulbrich (1983) a evolução das medições da distribuição do tamanho de gotas de
chuva revela que as análises de dados de precipitação, no passado, foram feitas considerando
que a distribuição do tamanho de gotas de chuva obedecia a uma forma exponencial, equação
26
(4). Porém, demonstrou que uma melhoria, medição mais precisa, poderia ser feita se a
distribuição do tamanho das gotas fosse assumida como uma distribuição Gama, equação (5).
As equações 4 e 5 são originais de Marshall e Palmer (1948).
( )
( )
(4)
(
),
( 0 ≤ D ≤ D max)
(5)
Onde: N(D) é distribuição do número de gota em função do diâmetro, N0 é o número
de gota, Λ e D é a inclinação da distribuição e diâmetro da gota, respectivamente.
Nzeukou et al. (2003) determinaram a relação entre a taxa de chuva (R) e a
refletividade do radar (Z) em eventos de chuva convectiva e estratiforme, analisando as
distribuições de tamanhos de gotas de chuva em Cabo Verde, Senegal e em Dakar, ao longo
da costa Oeste africana. Utilizaram 48 eventos de chuva colhidos por um Disdrômetro "Joss
and Woldvolgel (JW)" durante o período de 1997 a 2000. Ajustaram as distribuições de
tamanho de gota em três modelos analíticos: O exponencial, de (MARSHAL; PALMER
,1948) equação (04), Gama modificada (ULBRICH, 1983) equação (5) e Lognormal,
(FEINGOLD; LEVIN,1986) e (SAUVAGEOT; LACAUX, 1995), equação (6).
( )
(
)
(
)
[
(
)
]
(6)
Onde: NT = número total de gotas.
D = diâmetro da gota.
Dg = diâmetro médio geométrico.
σ = desvio padrão.
A representação da distribuição de tamanho de gotas de chuva pode ser feita
considerando diferentes formas. Para a região tropical a função exponencial proposta por
Marshall e Palmer não se adéqua para o estudo dessa distribuição, pois para taxa média de
precipitação (chuva) superior a 10-20 mmh-1 e diâmetros maiores que o valor modal (1 – 2
mm), o declive (declinação da distribuição do tamanho de gotas de chuva) torna-se quase
constante enquanto que na distribuição de Marshall e Palmer assume-se que ela diminui com
27
o aumento da taxa de precipitação. Por outro lado, o número de gotas pequenas, com diâmetro
D < 1- 2 mm é menor que o correspondente a forma exponencial considerando a mesma taxa
de precipitação (OCHOU et al., 2007).
Estudando a caraterística das gotas de chuvas de diferentes ciclones tropicais,
particularmente no regime convectivo onde as chuvas são mais abundantes, para fins de
modelação e representação de processos microfísicos em modelos de meso escala, Tokay et
al. (2008) analisaram dados de medições feitas por disdrômetro “JW” em sete Ciclones
Tropicais durante a estação ciclônica do atlântico entre 2004 a 2006 e concluíram que as
inundações durante a ocorrência de ciclones tropicais são, geralmente, causadas por chuvas
constituída de gotas de dimensões menores a médias, que raras vezes passa de 4 mm. A
concentração, relativamente alta, de gotas grandes em ciclones extratropicais assemelha-se a
distribuição de tamanhos de gotas em tempestades do continente e os parâmetros integrados
da concentração de gotas de chuva, conteúdo de água líquida e taxa de precipitação a uma
refletividade, 40 dBZ, são mais baixos em ciclones extratropicais que em ciclones tropicais.
Owolawi (2011) estudando a distribuição do tamanho de gota de chuva da região de
Durban, África do Sul, colhidos pelo disdrômetro JW RD-80 para identificar os tipos de gotas
frequentes em eventos de chuva estratiforme e convectiva, como forma de contribuir na
estimação da atenuação especifica da chuva, usou a função da probabilidade de densidade
(pdf) e concluiu que, de uma forma geral, as gotas que caem em Durban têm diâmetros que
variam de 0.3 a 4 mm. A maior parte, 67% da chuva de intensidades R < 20 mmh-1, é
constituída de gotas com diâmetros que variam de 0.5 a 0.9 mm. Nesse intervalo há mais
gotas de diâmetros 0.5 a 0.7 mm. No regime R ≥ 20 mmh-1, 45% das gotas de chuva que caem
têm diâmetros que variam de 0.5 a 0.8 mm e que 20 % dessas tem diâmetros variando de 0.9 a
2 mm.
António (2000) comparou dados de distribuição de tamanhos de gotas de chuva,
obtidos de dois disdrômetros “JW” implantados nas cidades de Botucatu e Garça no Estado de
São Paulo, com as refletividades de radar do sistema de Bauru, que foram determinantes para
a obtenção da relação representativa da taxa de precipitação (R) e a refletividade (Z) de
referência que além de facilitar a calibração de radar seria aplicada para converter dados de
radar em chuva.
Segundo Moraes (2003) foi através de relações empíricas e dados obtidos através de
Disdrômetro que Seliga et al. (1986) estimaram a velocidade de queda da chuva, quantidade
de água líquida e fator de refletividade do radar, para a região de Illinois central, nos Estados
Unidos de América, em outubro de 1982. As comparações com os parâmetros que compõem a
28
distribuição foram feitas através de modelos exponenciais e gama. As simulações da
estimativa da relação Z-R e a velocidade de queda de chuva que são comparadas com valores
estatísticos obtidos pelo Disdrômetro-JW. O resultado mostrou um ajuste excelente entre os
parâmetros derivados do disdrômetro e das relações empíricas.
Tokay et al. (2002) analisaram observações simultâneas de dois disdrômetros, óptico e
JW, e dois pluviômetros a sudoeste da bacia amazônica, dos quais observaram gotas de
diâmetros superiores a 5,0 mm e concluíram que no lugar da relação Z = 300R1,4 que tem sido
aplicada, em vários radares meteorológicos da rede, podia ser aplicada a relação Z = 250R1,2
para eventos de chuvas intensas de natureza tropical. Nesse estudo foram aplicadas as funções
gama e exponencial.
Tenório et al. (2010) determinaram a taxa de precipitação (R), o conteúdo de água
líquida em um volume (W), refletividade do radar (Z) assim como, determinaram a relação ZR representativa e o modelo que se ajusta melhor a distribuição das gotas de chuva na costa
leste do Nordeste Brasileiro. Para tal, foram aplicadas as formas analíticas exponencial,
Marshal e Palmer (1948) e Lognormal, Levin (1986) à 238 eventos de precipitação colhidos
de dezembro de 2001 a setembro de 2002, medidos pelo disdrômetro JW RD-69 instalado no
Instituto de Ciências Atmosféricas da Universidade Federal de Alagoas. Para a mesma região
Moraes (2011) analisou distribuição de gotas de chuva com origem marinha e continental, das
quais obtive diversas relações Z-R para os dois ambientes.
Para Malinga e Owolawi (2013) a atenuação das micro-ondas e ondas milimétricas
depende consideravelmente da taxa de precipitação R e da distribuição de gotas de chuva. Sob
o ponto de vista da complexidade do sistema de comunicação desejado para atender a
demanda de usuários, o conhecimento adequado das características da chuva nessas bandas é
necessário a fim de compensar adequadamente a perda do sinal. A propagação da atenuação,
nessas bandas de alta frequência, devido a fatores ambientais é acentuada, principalmente
devido à gota de chuva que tem tamanho aproximadamente igual ao do comprimento de onda
de rádio em alta frequência, podendo causar dispersão do sinal de rádio.
Devido aos sistemas de comunicação modernos e sofisticados torna-se necessário
estudar ou caracterizar a distribuição de tamanho de gotas de chuva considerando os
diferentes tipos de chuva. Neste sentido, Adimula e Ajay (1996) analisaram dados de três
disdrômetros “JW” implantados em Calabar, Zaria e Ile-Ife, na Nigéria, e caracterizaram as
chuvas tropicais (com os dados de Zaria) e chuvas marítimas ou do sul (com os dados de
Calabar e Ile-Ife). Identificaram o(s) modelo(s) que melhor caracteriza(m) as distribuições de
gotas de chuva tropical e marítima para caracterizar a atenuação específica das micro-ondas e
29
ondas milimétricas devido à precipitação. As distribuições ajustaram-se melhor aos modelos
exponencial e lognormal.
A atenuação pela chuva é um fator limitante para frequências superiores a 10 GHz,
para ser usada em rádio comunicação. A variabilidade da precipitação é um fator muito
preocupante, especialmente para a região tropical que tem uma enorme diversidade de
condições climáticas. Na ausência de dados de atenuação medidos, medições da distribuição
de gotas de chuva podem fornecer informação útil sobre a variação da atenuação pela chuva
(DAS, et al., 2010).
Vários investigadores consideram a taxa de precipitação na classificação da
distribuição do tamanho de gota em diferentes tipos ou regimes de precipitação. Para cada
tipo de precipitação são determinadas as respectivas atenuações. A atenuação específica da
chuva aumenta com a frequência e seus valores mais pronunciados ocorrem em tempestades
enquanto que o menor valor da atenuação verifica-se durante a chuva do tipo chuvisco
(OWOLAWI, 2011). Resultados semelhantes foram obtidos na Índia, onde as diferenças de
atenuação em vários locais revelaram-se bastante significativas para frequências maiores de
40 GHz. Mínima para intensidade de precipitação 10mmh-1 e máxima para 100 mmh-1
indicando que a atenuação da chuva se torna mais sensível às variações da distribuição do
tamanho de gotas de chuva em taxas de precipitação mais elevadas. Comparações feitas entre
as distribuições obtidas em cinco regiões com o resultado do modelo ITU-R (International
Telecommunication Union) revelaram que ITU-R demonstrou comportamentos diferentes e
não satisfatórios de atenuação específica, clarificando a necessidade de calcular a atenuação
específica para cada região (DAS et al., 2010).
2.4
Os principais mecanismos responsáveis pela produção de chuva no leste do
nordeste Brasileiro
O Nordeste Brasileiro é uma região de características semi-áridas, apesar de existirem
sub-regiões como o litoral leste que a chuva acumulada passa dos 2000 mm/ano. Essa
precipitação pluvial é produzida pela umidade existente na atmosfera que ao saturar-se forma
gotas por condensação e/ou coalescência em torno de núcleos de condensação, caindo assim
que adquirirem peso suficiente para vencer a resistência do ar dentro da nuvem (COELHO,
2010).
30
A variação espacial e temporal da chuva no Leste do Nordeste Brasileiro (NEB) está
diretamente relacionada com as configurações da circulação atmosférica e oceânica sobre os
trópicos (FIGUEIREDO, 2002).
Os mecanismos dinâmicos que produzem chuvas no NEB podem ser classificados em
mecanismos de grande escala, responsáveis por cerca de 30% a 80% da precipitação pluvial
observada dependendo do local, e mecanismos de meso e micro escalas, que completam os
totais observados. Dentre os mecanismos de grande escala, destacam-se os sistemas frontais.
Perturbações ondulatórias no campo dos ventos Alísios, complexos convectivos e brisas
marítima e terrestre fazem parte da mesoescala, enquanto circulações orográficas e pequenas
células convectivas constituem-se fenômenos da microescala (MOLION; BERNARDO,
2002).
2.4.1 Sistemas frontais
O encontro de duas massas de ar com diferentes características de temperatura,
pressão e umidade, devido ao gradiente de pressão que as desloca, chama-se sistema frontal.
Geralmente esse sistema é constituído por uma frente fria e uma frente quente.
O ar frio e seco, de origem polar, desloca-se em direção aos trópicos. Sendo mais
denso que o ar tropical, que é quente e úmido, entra como se fosse uma cunha e levanta o ar
tropical, fazendo com que chegue à saturação, formando nuvens. A superfície de separação
entre as duas massas de ar é chamada “frente fria”. O ar tropical pode, eventualmente, se
encontrar com o polar, já modificado, que esteve associado ao sistema frontal anterior. Nesse
caso a superfície de separação entre o ar tropical e o polar modificado denomina-se “frente
quente” (QUINTÃO, 2004).
Um mecanismo importante na produção de chuva para o Leste do Nordeste Brasileiro
é a penetração de sistemas frontais ou seus restos, entre as latitudes 5ºS e 18ºS. A figura 2.1
mostra o posicionamento de um sistema frontal que alcançou o leste do nordeste em fevereiro
de 2003. A penetração até latitudes equatoriais ocorre mais frequentemente no inverno do
Hemisfério Sul. Entre os meses de abril e julho, a zona de convergência que se instala sobre a
costa leste do Nordeste Brasileiro, constitui o mecanismo dinâmico mais importante para a
produção de precipitação pluvial na região leste do nordeste, que apresenta seus quatro meses
mais chuvosos (MOLION; BERNARDO, 2002).
31
Figura 2.1 – Sistema frontal posicionado leste do nordeste em (05/02/2013).
Fonte: EUMETSAT/CPTEC M-7 IR 05/02/13 1500Z.
Os sistemas frontais não agem com igual intensidade, as variações do total de
precipitação pluvial anual ao longo da faixa costeira são pequenas, mas tornam-se maiores,
principalmente, na região do semiárido (COELHO, 2010). A chuva gerada por sistemas
frontais influencía principalmente, a região sul do Nordeste Brasileiro (NEB), de março a
dezembro, onde a atividade das frentes e suas variações influenciam bastante no total anual da
precipitação pluvial sobre o sul e regiões costeiras (GEMIACKI, 2005).
2.4.2 As Perturbações Ondulatórias no Campo dos Alísios (POAs)
As POAs são outro grupo de sistemas que também são responsáveis pela precipitação
na costa leste do Nordeste Brasileiro. Elas são mais frequentes durante a época chuvosa e,
geralmente, estão associados a sistemas convectivos responsáveis por grande quantidade de
precipitação sobre a região em estudo.
O campo dos ventos alísios é frequentemente perturbado por penetrações de sistemas
frontais em latitudes baixas, sobre o oceano assim como sobre o continente. No Atlântico Sul,
a convergência dos ventos de sul, associados aos sistemas frontais, com os ventos de leste,
32
provocam perturbações ondulatórias nos alísios (POAs) que se propagam para oeste do
oceano, no campo dos alísios. As POAs são uma das causas das chuvas na costa leste do
nordeste brasileiro de junho a agosto e que a ação conjunta destas com as brisas marítimas
constitui o principal fator dos máximos de chuva junto da costa em maio e junho. Quando
estão em fase com as brisas marítimas podem penetrar até 300 km para o interior do
continente. A confluência das POAs com a brisa terrestre, principalmente durante a noite e
próximo à costa leste do Nordeste Brasileiro, intensificam-se e podem causar chuva
acumulada superior a 100 mm/dia (MOLION; BERNARDO, 2002).
2.4.3 Os Distúrbios ondulatórios de leste (DOL)
O litoral Nordeste Brasileiro localiza-se numa área altamente vulnerável às
perturbações que se propagam no escoamento de leste no quadrimestre chuvoso. Os DOLs
são perturbações sinóticas associadas a cavados (bem configurados entre os níveis 700 hPa e
500 hPa) e a elevadas temperaturas da superfície do mar, onde a nebulosidade produzida é
caraterizada por nuvens convectivas. Esses sistemas meteorológicos apontados como sendo
dos mais importantes para a formação de chuvas na costa do NEB deslocam-se para oeste, nos
oceanos, com os ventos alísios, podendo alcançar áreas continentais da região de estudo
(SILVA et al., 2011). O posicionamento e intensidade da alta no Atlântico Sul é um
mecanismo importante no transporte de vapor d’água nos baixos níveis para o NEB. A
interação destes sistemas com as circulações locais aumentam a convergência nos baixos
níveis da atmosfera produzindo chuvas fortes (GOMES, 2012).
Estudando o papel dos DOLs no total da chuva registrada durante o período chuvoso
do litoral nordestino, Silva (2011) utilizou imagens de satélite (IR), campos de linhas de
corrente e vorticidade relativa ciclônica de 700 e 850 hPa da reanálise de ERAN para as
quadras chuvosas dos anos 2006 a 2010. Verificou que os DOLs são responsáveis por pelo
menos 70% da precipitação pluvial durante a quadra chuvosa da área entre o litoral norte de
Alagoas ao leste do Rio Grande do Norte (RN). 60% da chuva média acumulada de Abril a
Julho da região entre a zona da Mata de Alagoas e o agreste do RN e entre Sergipe e as
demais regiões do RN. Os DOLs estiveram associados a pelo menos metade da chuva dessa
época.
33
2.4.4 Vórtices Ciclônicos de altos níveis (VCAN)
Durante o estudo sobe a estrutura das perturbações sinóticas do nordeste do Brasil,
Aragão (1975) notou a existência de baixas frias sobre a Região Nordeste do Brasil ao longo
da época das chuvas intensas de 1969 a 1974. Analisou cartas sinóticas de 1969 e 1970 e
verificou que as configurações dos ventos na troposfera, em altos níveis, mudavam
radicalmente em relação às configurações da época não chuvosa, invasão por vórtices
ciclônicos que se estabelecem de 700 mb a 300 mb.
As baixas frias, também conhecidas de baixas desprendidas, ciclones subtropicais,
baixas de Palmén, vórtices ciclônicos de alta troposfera, ciclones tropicais dos altos níveis e
ciclones Kona, são sistemas de baixa pressão em grande escala formados na alta troposfera e
cuja circulação ciclônica fechada possui o centro mais frio que a periferia (GAN, 1982).
Segundo Fedorova (2008) existem dois tipos de vórtices ciclônicos de altos níveis.
VCAN do tipo Palmén, das latitudes subtropicais que atua no inverno e primavera e o VCAN
do tipo Palmer, figura 2.2, das latitudes tropicais, que atua no verão, sendo este último o mais
importante para a região em estudo. O VCAN do tipo Palmer forma-se acima de 10 000 m de
altitude e, em média dura de 4 a 11 dias consecutiva. A sua gênese não envolve o ar polar e
que geralmente está associada a uma frente fria ou Zona de Convergência Atlântico Sul
(ZCAS) com a sua crista ligada à alta da Bolívia em 200 hPa. Apesar de quase estacionário,
seus deslocamentos para oeste, na direção das nuvens mais intensas (cb) transportam umidade
e chuva ao longo da costa Leste do Nordeste do Brasil.
34
Figura 2.2 – Vórtice ciclônico do tipo Palmer posicionado sobre Nordeste Brasileiro.
Fonte: INPE/CPETEC-EUMETSAT/METEOSAT- Canal 9 (10,8µm): 2013.11.04
2.4.5 A Brisa marítima e terrestre
As brisas são um tipo de circulação do ar (vento) litoral de intensidades fraca a
moderada, resultantes do aquecimento diferenciado que se estabelece entre a terra e a água. À
medida que o sol se eleva, a terra se aquece mais rapidamente que o mar, desenvolvendo-se
sobre o continente zonas com pressões relativamente baixas em relação das desenvolvidas
sobre o mar. A força de gradiente de pressão horizontal gerada determina um escoamento à
superfície, do mar para a terra e uma distribuição oposta em níveis mais altos.
Consequentemente, sobre o continente existe convergência em baixos níveis e divergência em
altos níveis, fechando-se uma célula de circulação. A esta situação é chamada de brisa
marítima e no período noturno esse processo se inverte. No início da noite, quando a terra se
resfria e desaparece o contraste de temperatura, a brisa marítima cessa. A profundidade e a
intensidade da circulação dependem essencialmente dos gradientes de pressão entre o
continente e o mar. Durante o inverno na costa leste do NEB a brisa marítima prolonga-se
mais pelo continente e a terrestre prolonga-se menos pelo mar, favorecendo o aumento de
umidade ao longo da costa e que as nuvens geradas produzam chuva nessa região
(FEDOROVA, 2001).
35
As brisas desempenham um papel de destaque, em termos de regularidade e
intensidade de ocorrência de chuva em grande parte do litoral do NEB. Essa região
experimenta o máximo de chuva desde o período noturno até as primeiras horas do dia (entre
21h e 9h locais) devido à convergência entre o fluxo médio de ar próximo à superfície e
procedente do oceano, e o fluxo superficial do continente para o mar devido à brisa terrestre.
Nas áreas entre 150 e 300 km para dentro do continente observa-se um máximo de chuva no
período entre 15h e 21h locais, associado com o desenvolvimento e avanço da brisa marítima
(TEIXEIRA, 2008).
O máximo de precipitação pluvial na costa leste do NEB está ligado à maior atividade
da circulação de brisa marítima, que advecta bandas de nebulosidade para o continente. As
perturbações ondulatórias nos ventos alísios e as brisas marítimas e terrestres, associados à
topografia e à convergência de umidade são responsáveis por 60 - 70% de chuva da quadra
chuvosa (MOLION; BERNARDO, 2002).
2.4.6 A Convecção local
Na atmosfera, a convecção natural dá origem à turbulência térmica e intensa,
conhecida como convecção livre. Esse tipo de turbulência é conhecido pela capacidade de
realizar a mistura de propriedades conservativas da atmosfera, como da temperatura potencial
entre parcelas de ar, do vapor de água, do momento linear, vorticidade, etc. Quando há uma
grande diferença de calor entre as camadas inferiores e superiores da atmosfera, a convecção
natural pode ocasionar ciclones, responsáveis pelo regime de ventos superficiais terrestres.
Fenômenos mais intensos desse gradiente de temperatura são responsáveis pela formação
de cúmulo-nimbos, tornados e furacões que ganham movimento circulatório devido à grande
velocidade de ascensão concatenada com o movimento de rotação da Terra. Na atmosfera
existe o fenômeno de formação de células convectivas (CONDIE; RHIES, 1994).
Segundo Molion e Bernardo (2002) a convecção máxima para a Região de Nordeste
ocorre nos meses de fevereiro e março, dos mais chuvosos em grande parte região.
2.5
A Relação (Z-R)
A interpretação da observação ou dados de radar meteorológico requer a aplicação da
equação que relaciona a refletividade do Radar e a intensidade da chuva estimada pelo Radar.
Essa relação, largamente conhecida por relação Z-R, pode ser derivada de observações das
36
distribuições dos tamanhos de gotas de chuva usando Disdrômetros, Pluviômetros e medições
do Radar.
A relação Z-R, além de permitir a avaliação da intensidade da chuva que cai em uma
determinada região ou área de uma maneira mais precisa, ela é importante e indispensável
para a calibração do radar meteorológico. Um dos grandes problemas que tem sido
encontrado na medição da quantidade de chuva usando radar é a variabilidade da relação entre
o fator refletividade do radar (Z) e a taxa ou intensidade de chuva (R). Relações na forma Z =
aRb tem sido adotadas com frequência, mas o problema reside na escolha dos coeficientes a e
b, porque esses valores variam consideravelmente de caso para caso assim como, durante um
mesmo evento (MASSAMBANI; RODRIGUES, 1988).
Basicamente existem dois métodos largamente aplicados para determinar os
coeficientes a e b, o meteorológico e o estatístico. O método meteorológico consiste em
calcular a taxa de precipitação pluvial (R) e a refletividade (Z) diretamente da distribuição do
tamanho de gotas de chuva e posteriormente determinar os valores dos coeficientes. São
considerados dados do radar e de pelo menos um pluviômetro da área coberta pelo radar
(MOREIRA, 2005).
Os coeficientes a e b da relação Z-R variam à medida que são consideradas várias e
diferentes amostras para a sua determinação. Esses coeficientes apresentam comportamentos
diferentes, em relação a sua variação, com a tendendo a aumentar e o b a diminuir com o
aumento da intensidade da convecção durante a chuva (QUINTÃO, 2004).
Sauvageot (1992) destaca dois grupos de fatores responsáveis pela variação dos
coeficientes da relação Z-R. O primeiro é o Local (geografia e climatologia) - altura da
troposfera, orografia, efeitos de regiões litorâneas, latitude, umidade e vários outros fatores
cuja ação varia com a época do ano, dinâmica, termodinâmica e processos da microfísica da
nuvem que possa alterar a concentração de gotas por unidade de volume. O segundo é a
estrutura das nuvens - a concentração de gotas por unidade de volume varia
consideravelmente em uma nuvem ou tempestade, e para Hess et al. (1998) e Rosenfeld e
Lenky (1998) essa concentração muda de acordo com o local de formação da nuvem ou
localização da nuvem assim como, o tipo de nuvem.
A importância da aplicação da tecnologia de Radar meteorológico para medição da
chuva consiste, principalmente, no refinamento dado às informações da chuva ocorrida em
certa área, onde as medidas são feitas com alta resolução espacial e temporal e em tempo real
(EMIDIO; LANDIM, 2008).
37
Há muito tempo, investigadores vem se debatendo com a análise e interpretação de
dados de radar. Em 1947 Marshall, Langille e Palmer estudaram a relação entre a precipitação
e a refletividade do radar, para diferentes locais e tipos de chuva, tendo obtido para
coeficientes a=190 e b=1,72. Desde então vários investigadores, de diferentes partes do
mundo, dedicam-se a analisar os comportamentos ou relações da refletividade de radar e
intensidade ou taxa de chuva para diferentes latitudes, como forma de suprir a dificuldade de
estimar a quantidade da precipitação pluvial de uma forma mais precisa e continua.
As relações Z-R são dependentes do tipo de chuva (convectiva, frente fria, mista), da
estação do ano (verão, inverno), localização geográfica (trópicos, continentes, oceanos,
médias latitudes), tipo de nuvem, etc. (DOMENICO; SCHWARTZ, 1990). Nzeukou et al.
(2003) consideraram o critério de 10 mmh-1 para diferenciar eventos de chuva estratiforme e
convectivas como uma forma mais adequada para analisar a relação entre a refletividade (Z) e
a taxa de chuva (R). Em relação ao comportamento da relação Z-R para os eventos separados
em estratiformes e convectivos foram obtidos a = 162 e b = 1,48 para chuva convectiva e a =
371 e b= 1,24 para chuva estratiforme. No mesmo estudo obtiveram a =368 e b=1,24 para a
relação Z-R geral.
António (2000) em seu estudo que visava determinar a relação entre a refletividade Z
[mm6m-3] e a intensidade da precipitação pluvial R [mmh-1] para diferentes eventos de chuva
comparou dados de refletividade do radar, do sistema de Radar de Bauru, com dados de
Disdrômetros Joss e Waldvogel, instalados em Botucatu e Garça. Foram obtidas 12 relações
Z-R, sendo 6 para Botucatu e igual número para Garça, tabela 2.3.
Tabela 2.3 – Valores dos coeficientes das relações Z –R disdrométricas – acumulações de 1
minuto.
Botucatu
data
15.10.1997
16.10.1997
25.10.1997
26.10.1997
30.10.1997
a
b
r2
A
b
r2
0,99
0,98
0,98
0,98
0,95
Garça
data
20.09.1997
25.09.1997
29.09.1997
06.10.1997
16.10.1997
394,9
212,7
206,1
224,9
273,3
1,41
1,24
1,31
1,22
1,21
402,4
260,7
437,7
239,7
290,1
1,34
1,39
1,38
1,38
1,38
0,96
0,98
0,97
0,98
0,98
Geral
236,0
1,26
0,97
Geral
316,0
1,34
0,97
Fonte: António (2000).
Tenório et al. (2010) além de diferenciarem os eventos de chuva considerando o
critério 10 mmh-1 adotaram um critério considerando a duração temporal T ≥ 20 minutos e
chuva acumulada Rac ≥ 10 mm para obter relações Z-R de eventos especiais. Foram obtidas
relações Z= 167,8R1, 26; [r2= 0,70] para eventos de chuva estratiforme e Z= 65,46 R1,69; [r2=
38
0.84] para eventos de chuva convectiva. A relação Z-R geral para a costa leste do nordeste
brasileiro obtida foi Z = 176,5 R 1,29; [r2 = 0,83].
Moraes (2011) analisou a distribuição de tamanhos de gotas de chuva, de 2003 a 2006,
da costa leste do NEB. Auxiliada de imagens de Radar obtidas na mesma fonte que as
medidas do Disdrômetro, SIRMAL, separou as medições de chuva segundo sua origem,
marinha e continental. Com objetivo de estabelecer equações que relacionem a refletividade
do Radar e intensidade de chuva em eventos estratiformes e convectivos dos dois ambientes,
calculou os coeficientes a e b para as relações Z-R dos tipos de chuva, pelo método de
regressão linear simples, tabela 2.4. Conclusões semelhantes foram obtidas por Tenório et al.
(2012).
Tabela 2.4 – Relações Z-R para o Leste do Nordeste do Brasil.
Tipo de chuva R (mmh-1)
ZR Geral (Moraes 2003)
Marinha (R > 0)
Continental (R > 0)
Estratiforme marinha (R ≤ 10)
Convectiva marinha (R > 10)
Estratiforme continental ( R ≤ 10)
Convectiva continental ( R >10)
Fonte: Moraes (2011).
2.6
Relação Z-R
Z = 176,5 R1,29
Z = 188,3 R1,25
Z = 284,7 R1,27
Z = 181,7 R1,23
Z = 119,0 R 1,43
Z = 281,5 R1,27
Z = 212,2 R1,29
Coeficiente de correlação (r2)
0,98
0,97
0,97
0,96
0,90
0,97
0,98
Conclusão
Nesta seção foi possível concluir que as nuvens, por mais semelhantes que sejam a
quantidade de água que elas detêm, diferem se considerarmos os ambientes em que elas se
encontram. Os diâmetros das gotas diferem significativamente entre nuvens de um mesmo
ambiente assim como, entre nuvens de ambientes diferentes. Por outro lado, os mecanismos
responsáveis pela formação e crescimento de gotas em nuvens frias e quentes são os
responsáveis pelo crescimento diferenciado das gotas formadas. São vários os mecanismos
que geram precipitação na costa leste do Nordeste do Brasil, mas que os valores de
precipitação mais altos ocorrem, em muitos casos, quando dois ou mais mecanismos se
associam ou ocorrem simultaneamente. Nos últimos anos as distribuições de tamanhos de
gotas de chuva têm constituído uma ferramenta chave em vários estudos ambientais e não só,
buscando respostas a várias inquietações, tais como, remoção de poluentes, caraterísticas da
precipitação, erosão dos solos, diminuição da perda de sinal nos sistemas ou meios de
comunicação, entre outros. Uma relação Z-R determinada de amostras de precipitação
colhidas no local onde está instalado certo radar é a ideal para sua calibração, porque as
39
caraterísticas das precipitações variam de lugar pra lugar. Dessa maneira ficam garantidas
medições eficientes, da chuva, pelo radar.
40
3
SÍTIO EXPERIMENTAL, INSTRUMENTAÇÃO E TÉCNICAS DE ANÁLISE
3.1
Área de estudo e coleta de dados
A costa Leste do Nordeste do Brasil (ENB) compreende a faixa litorânea que vai da
Bahia (BA) ao Rio Grande do Norte (RN), figura 3.1. O Estado da Bahia tem a maior
extensão litorânea com 932 km. Dos Estados que pertencem ao leste do Nordeste, o da
Paraíba apresenta a menor faixa litorânea, com 117 km, já o Estado de Alagoas apresenta um
litoral com 229 km de extensão. A configuração do sua faixa litoral permite penetração dos
ventos úmidos provenientes do oceano. (SILVA, 2002). Em Alagoas predomina o clima do
tipo tropical quente e úmido ao longo da zona costeira, tornando-se seco nas regiões do
interior. O tempo é geralmente seco, durante o verão, e chuvoso no inverno com chuvas mais
abundantes na faixa costeira.
O presente estudo foi desenvolvido em Maceió, no Campus A. C. Simões, da
Universidade federal de Alagoas na área experimental do Sistema de Radar Meteorológico de
Alagoas – SIRMAL, figura 3.1. Os dados analisados foram coletados de outubro de 2013 a
maio de 2014, correspondentes a 61 horas de observação, tabela 3.1.
Tabela 3.1 – B Dados utilizados para pesquisa.
75
Duração total dos
eventos de chuva
1h 15 min
Total precipitado (mm)
64,1
Novembro de 2013
639
10h 39 min
79,0
Dezembro de 2013
397
6h 37 min
64,4
Janeiro de 2014
497
8h 17 min
48,9
Fevereiro de 2014
360
6h 00 min
91,4
Março de 2014
581
9h 41 min
61,3
Abril de 2014
426
7h 6 min
92,0
Maio de 2014
756
12h 36 min
100,6
Mês
DTG (por minuto)
Outubro de 2013
Fonte: Autor (2014) ?????.
41
Figura 3.1 – Mapa de localização da área de estudo.
Fonte: Moraes (2003).
42
3.2
Instrumento de medição
Os dados utilizados nas análises feitas foram medidos por um Disdrômetro óptico, a
laser, OTT Parsivel², desenvolvido para medição mais abrangente de todos os tipos de
precipitação. Esse instrumento, figura 3.2, está instalado na área experimental do Sistema de
Radar Meteorológico de Alagoas - SIRMAL a 80 metros acima do nível médio do mar e
coordenadas: 9º 33’ 17,24” Sul e 35º 46’ 54,84” Oeste, figura 3.1.
Segundo o manual de instruções operacionais do “Present weather sensor OTT
Parsivel2”, esse instrumento mede o tamanho e velocidade das partículas de precipitação
individuais e um processador de sinal que classifica o tipo de precipitação, bem como, a
quantidade e intensidade. O Disdrômetro OTT Parsivel2 mede precipitação líquida e sólida e
suas respectivas velocidades. A faixa de medição dos tamanhos de gotas de precipitação
líquida varia de 0,2 mm a 5 mm. Para partículas precipitantes na forma sólida, seus diâmetros
variam de 0,2 mm a 25 mm. As velocidades das gotas de chuva variam de 0,2 m/s a 20 m/s.
As partículas de precipitação são categorizadas da seguinte maneira:
Chuvisco,
Chuvisco com chuva,
Chuva,
Chuva, chuvisco e neve,
Neve,
Grãos de neve,
Chuva congelada e
Granizo.
A medição da precipitação é feita por meio de um sensor principal, desenvolvido
particularmente para esse propósito. A detecção da precipitação é feita opticamente. Os dados
assim determinados são processados e armazenados por um processador de sinal digital,
rápido. O Disdrômetro emite um “telegrama” de dados a cada 60 segundos. Outras
caraterísticas são apresentadas na tabela 3.2.
43
Figura 3.2 – Disdrômetro OTT Parsivel2 localizado na área externa do sistema de radar
meteorológico de Alagoas
Fonte: Autor (2014)
Tabela 3.2 – Algumas caraterísticas do OTT Parsivel2
Sensor ótico
Diodo laser
Comprimento de onda
780 nm
Área de medição
54 cm2
Tamanho do feixe
180 x 30 mm
± 1 classes de diâmetro 0,2 a 2 mm
Precisão na medição da precipitação
Precisão na medição da quantidade da
precipitação
± 0,5 classes de diâmetros maior que 2 mm
± 5% precipitação líquida
± 20 % precipitação sólida
-40 a + 70ºc
Condições ambientais
0 a 100% Ur
Refletividade do radar
9,9 a 99 dbz ± 20 %
Dimensões
670 x 600 x 114 mm
Visibilidade
100 a 5000 ± 10 %
Fonte: Manual de Instruções operacionais
44
3.2.1 Princípio de funcionamento do Disdrômetro OTT Parsivel2
O OTT Parsivel2 é um sensor laser que produz uma faixa horizontal de luz. O emissor
e o receptor estão integrados em uma caixa de proteção individual.
Se não há partículas no feixe de laser, figura 3.3, a tensão de saída máxima é
totalmente direcionada para o receptor. Partículas de precipitação que passam através do feixe
de laser bloqueiam uma parte do feixe correspondente ao seu diâmetro, reduzindo assim a
tensão de saída. Desta forma determina-se o tamanho da partícula.
Figura 3.3 – Princípio de funcionamento de OTT Parsivel2.
Fonte: Manual de instruções operacionais do “Present weather sensor OTT Parsivel 2”
Para determinar a velocidade da partícula precipitante mede-se a duração do sinal. Um
sinal começa assim que uma partícula de precipitação entra na faixa de luz e termina quando
ela sai totalmente da faixa de luz laser, figura 3.3. O espectro dos tamanhos, tipo de
precipitação, energia cinética, intensidade de precipitação, refletividade do radar e visibilidade
horizontal são parâmetro derivados das medições de velocidade e tamanho das partículas.
Depois que são determinados os diâmetros dos volumes equivalentes (D) e as velocidades das
partículas (V), o OTT Parsivel2 subdivide as partículas em classes apropriadas. As partículas
medidas são subdivididas em 32 classes de diâmetro (D) e 32 classes de velocidade (V),
tabela 3.3.
45
Tabela 3.3 – Classificação de acordo com diâmetro e velocidade da partícula
c
Classe
1
Classe de diâmetros
(mm)
Diâmetro
Largura da
médio
classe
0,062
0,125
Classe de velocidades
(m/s)
Velocidade
Largura da
média
classe
0,050
0,100
2
0,187
0,125
0,150
0,100
3
0,312
0,125
0,250
0,100
4
0,437
0,125
0,350
0,100
5
0,562
0,125
0,450
0,100
6
0,687
0,125
0,550
0,100
7
0,812
0,125
0,650
0,100
8
0,937
0,125
0,750
0,100
9
1,062
0,125
0,850
0,100
10
1,187
0,125
0,950
0,100
11
1,375
0,250
1,100
0,200
12
1,625
0,250
1,300
0,200
13
1,875
0,250
1,500
0,200
14
2,125
0,250
1,700
0,200
15
2,375
0,250
1,900
0,200
16
2,750
0,500
2,200
0,400
17
3,250
0,500
2,600
0,400
18
3,750
0,500
3,000
0,400
19
4,250
0,500
3,400
0,400
20
4,750
0,500
3,800
0,400
21
5,500
1,000
4,400
0,800
22
6,500
1,000
5,200
0,800
23
7,500
1,000
6,000
0,800
24
8,500
1,000
6,800
0,800
25
9,500
1,000
7,600
0,800
26
11,000
2,000
8,800
1,600
27
13,000
2,000
10,400
1,600
28
15,000
2,000
12,000
1,600
29
17,000
2,000
13,600
1,600
30
19,000
2,000
15,200
1,600
31
21,500
3,000
17,600
3,200
32
24,500
3,000
20,800
3,200
Fonte: Manual de instruções operacionais do “Present weather sensor OTT Parsivel 2”
46
3.3
Técnicas de análise de dados
Os dados analisados no presente estudo, primeiramente foram convertidos do seu
formato original para o formato TXT e organizado em planilhas de registros mensais para
todo o período de estudo. Foram criteriosamente analisados, por forma a evitar a presença de
registros de valores impróprios a esse tipo de series e processados com auxilio do programa
Microsoft Excel 2010.
Para determinar a expressão que relaciona a refletividade do radar à intensidade da
precipitação foram considerados valores de intensidade de precipitação 0,001mm h-1 ≤ R ≤
1200 mm h-1 e de refletividade 9,9 ≤ Z ≤ 99 dBz.
Para a relação Z-R geral foram considerados toda a série de dados. Gráficos e tabelas
de frequência de ocorrência foram usadas para analisar os períodos de ocorrência de chuva,
assim como, as intensidades de precipitação.
3.3.1 A Intensidade da precipitação (R)
Os valores da intensidade de precipitação R, mm/h, usados para diferentes análises são
calculados e fornecidos pelo Disdrômetro, do qual se obtiveram as amostras, pela equação
seguinte:
R 3.6 10 3
1 nkl
ni Di3 mm h
6 S t i 1
(7)
Onde: R= intensidade da chuva; ni = número de gotas medidas na classe de tamanho i;
Di = diâmetro médio das gotas da classe i; S = área da superfície sensível do
Disdrômetro;
t = intervalo de medidas em (1 minuto).
3.3.2 A Refletividade do radar (Z)
A semelhança da intensidade de precipitação, a refletividade Z do radar também é
fornecida pelo Disdrômetro, dBz, a cada minuto. A aplicação deste parâmetro, nos diferentes
cálculos da relação Z-R, dependeu da conversão de unidade de refletividade Z(dBz) para
refletividade do radar Z(mm6m-3) pela equação seguinte:
47
Z (dBz) = 10*log10 [Z(mm6m-3)]
(8)
3.3.2.1 A Relação Z-R
Para determinar a relação Z-R, na forma Z = aRb, é necessário calcular os coeficientes
a e b da equação acima. Segundo MORAES (2003) a determinação de a e b é possível
aplicando o conceito de logaritmo à equação da relação Z-R.
Seja,
Z = aRb
(9)
lnZ = lna + blnR
(10)
Y = ln Z; α = lna, β = b e X = lnR, e substituindo na equação
(11)
Considerando,
Resultará em:
Y= α+βX
(12)
Pelo método da regressão linear simples de Z [mm6m-3] e R [mm/h] determinam-se os
valores dos coeficientes a e b da relação Z = aRb
A expressão que relaciona a refletividade do radar Z com a intensidade de precipitação
R obtida foi comparada a relação determinada por Moraes (2003). Durante o processo de
comparação dessas expressões foram considerados os espectros de gotas de chuva de todos os
meses assim como, de eventos específicos, escolhidos de maneira aleatória nos eventos de
precipitação de cada mês.
48
3.4
A Densidade de probabilidade
A mais importante distribuição de probabilidades para descrever uma variável
aleatória contínua é a distribuição normal de probabilidades. Ela tem sido usada em várias
aplicações práticas cujas variáveis aleatórias podem ser índices de precipitação pluviométrica,
medições científicas, entre outras. O uso dessa distribuição exige que a variável seja contínua
(ANDERSON et al., 2002).
Segundo Mirshawka (1971) a função densidade da probabilidade (PDF ou FDP) da
distribuição log-normal a dois ou três parâmetros é representada pela equação 13. Souvageot
(1994) analisou a precipitação de diferentes partes regiões, Níger, Congo, Costa do Marfim,
Caríbe, Guyana e França com objetivo de perceber a variabilidade do fator de
proporcionalidade do clima S(T) a partir da variabilidade da FDP da taxa de chuva em
determinada superfície. Owolawi (2011) usou a PDF à taxa de precipitação e diâmetros de
gotas para identificar o tipo de gotas de chuva frequentes em Durban, como forma de
contribuir para a análise da atenuação específica das gotas de chuva na mesma região.
( )
(
(
)
)
(13)
Onde: F(x) é a probabilidade da variável menor ou igual a x; X é o valor da variável
aleatória; µ é a média dos logaritmos da variável x; a é o limite inferior da amostra e σ é o
desvio padrão.
Aplicou-se a f(x) ao espetro de gotas de chuva com objetivo de analisar o tipo de
chuva, os diâmetros de gotas chuva mais frequentes durante os eventos de precipitação pluvial
que têm intensidades R ≤ 10 mmh-1.
49
4
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1
Características da chuva no leste de Alagoas durante o período de estudo
Segundo a Diretoria de Meteorologia - DMET de Alagoas, no mês de outubro/2013 foi
observado chuvas muito acima da média histórica nas regiões Alagoanas. O posto do INMET
localizado na UFAL (automático) contabilizou 203,6 mm de chuva durante esse mês. O
principal sistema meteorológico atuante no mês de outubro/2013 foram os vórtices ciclônicos
de altos níveis que causaram chuvas em todo o Estado. As chuvas acima da média historica
permaneceram durante o mês de novembro/2013 com 106,6 mm de chuva registrado no posto
da UFAL. Os vórtices ciclônicos de altos níveis continuaram atuando sobre a região sendo
responsáveis pelo aumento de chuva nesse mês.
Já o mês de dezembro/2013 o excesso de chuva marcou parte do Nordeste do Brasil. O
posicionamento dos vórtices ciclônicos em altos níveis sobre áreas oceânicas também
contribuiu para a ocorrência de chuvas em grande parte da região alagoana durante a primeira
quinzena de dezembro/2013, a chuva acumulada foi de 11,4 mm. Contudo, ao se posicionar
sobre o continente entre o final de dezembro e início de janeiro de 2014, estes mesmos
sistemas inibiram as chuvas sobre a Região Nordeste, inclusive Alagoas.
O ano de 2014 começou com chuva abaixo da média histórica na maioria das regiões
Alagoas, segundo a DMET, os vórtices ciclônicos de altos níveis que normalmente provocam
as chuvas de verão não atuaram durante o mês de janeiro/2014, causando os desvios abaixo da
média na maioria das regiões alagoanas, mas o acumulado de chuva durante esse mês
registrado no posto automático da UFAL foi de 100,9 mm. A situação desses índices
históricos abaixo da média se estende durante os meses de fevereiro e março de 2014, com
registro de 79,8mm e 50,4 mm, respectivamente. Somente a partir do mês de abril foi
observada chuva em torno da média histórica no leste do Nordeste, no posto da UFAL foi
registrado acumulado mensal de 173,2 mm. As chuvas ocorridas em Alagoas durante o mês
de abril foram causadas pelos ventos alísios de sudeste provenientes do oceano. As chuvas
que atingiram o leste de Alagoas ficaram acima da media durante o mês de maio de 2014,
com acumulado de 361,0 mm. Estas chuvas foram associadas principalmente, pela
convergência dos ventos alísios de sudeste provenientes do oceano, comum nessa época do
ano.
50
4.2
Série disdrométrica
A evolução sazonal da quantidade de gotas de chuva que atingiu o litoral de Alagoas
entre outubro/2013 a maio/2014 caracterizou-se por uma acentuada irregularidade, estando
associado aos eventos de chuva que atingiram a região de Maceió - AL, local de instalação do
Disdrômetro. O mês de outubro/2013 apesar de ter sido um mês bastante chuvoso, segundo
DMET, as chuvas observadas no Disdrômetro apresentaram o menor registro, estando
associado ao dia de instalação do equipamento. No entanto, o mês de maio/2014 foi o mês
mais chuvoso durante o período de estudo, podendo ser confirmado nos dados dos
Disdrômetro, figura 4.1.
Figura 4.1 – Série Disdrométrica da representativa do litoral norte de Alagoas entre
outubro/2013 a maio/2014.
DTG/min em Maceió-Al.
756
639
581
497
426
397
360
mai/14
abr/14
mar/14
fev/14
jan/14
dez/13
nov/13
out/13
75
Fonte: Autor (2014)
4.3
Chuvas convectivas e estratiformes
Com o objetivo de caracterizar chuvas convectivas e estratiformes, foi levada em
consideração a taxa de chuva (R). Para R < 10 mm h-1 considerou-se chuva do tipo
estratiforme e, para R 10 mm h-1, chuva do tipo convectiva.
A figura 4.2 mostra a evolução de evento de chuva ocorrido no dia 02 de maio de 2014
que representa os registros da variação temporal da intensidade de chuva (hietogramas), onde
foi possível verificar que, as intensidades convectivas se apresentam “encaixadas”, entre as
intensidade estratiformes. Logo, nessa região, as chuvas com intensidade “mista” devem ser
consideradas. Esse comportamento de chuva mista também foi encontrado por Moraes (2003).
51
Figura 4.2 – Frequência de ocorrência de eventos de intensidade R ≥ 10 e R<10 mmh -1 para
chuva do dia 02 de maio de 2014.
Intensidade da chuva [mmh-1]
Chuva convectiva e estratiforme
evento do dia 02/05/2014
70
60
50
40
30
20
10
5:10
5:11
5:12
5:13
5:14
5:15
5:16
5:17
5:18
5:19
5:20
5:21
5:22
5:23
5:24
5:25
5:26
5:27
5:28
5:29
5:30
5:31
5:32
5:33
5:34
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
4.3.1 Relação Z-R (meses)
Analisando a evolução dos coeficientes a e b das relações Z-R mensais para o leste de
Alagoas, tabela 4.2, nota-se que o coeficiente a apresentou maior valor nos meses de
maio/2014, janeiro/2014 e outubro/2013, e seus menores valores ocorreram em
fevereiro/2014 e abril/2014. Os maiores valores do coeficiente b foram nos meses de
janeiro/2014, fevereiro/2014 e abril/2014, enquanto que seus menores valores foram
observados no mês de novembro e outubro/2013. Segundo a escala de classificação dos
coeficientes de correlação de Pearson (r2), as correlações entre intensidade da precipitação e a
refletividade do radar no período de outubro de 2013 e maio de 2014, apresentam valores com
classificação considerada alta (r2=0,88) nos meses de outubro/2013, novembro/2013,
dezembro/2013 e março/2014; e quase perfeita (r2=0,97) em abril/2014, incluindo a
correlação da relação Z-R(Geral).
Os valores dos coeficientes a e b da relação Z-R estão associados às características das
chuvas que predominaram durante cada mês. Rosenfeld e Ulbrich (2002) afirmam que a
variação do coeficiente a e b da relação Z-R está diretamente associada ao processo de
formação das gotas. Para esses pesquisadores, o processo de coalescências eleva o coeficiente
“a” e baixam o coeficiente “b”, enquanto o processo de quebra reduz o coeficiente “a” e
elevam o coeficiente “b”. Fazendo uma relação com as intensidades das chuvas poderíamos
afirmar que para os meses em que o coeficiente a foram “maiores”, as chuvas apresentaram
52
características de chuvas do tipo convectivas, com maior intensidade, maior concentração de
gota com diâmetros maiores. Já nos meses em que coeficiente a foi “menor” as chuvas
tiveram características de chuvas estratiformes, com chuva de menor intensidade, maior
concentração de gotas pequenas. Entretanto, essa relação entre valores dos coeficientes a e b
da relação Z-R com processo de formação da gota e intensidade da chuva precisaria de
estudos mais aprofundados.
Tabela 4.1 – Variação dos coeficientes a e b durante o período de estudo.
Mês
DTG
(min)
a
b
r2
Outubro/2003
75
132,58
1,26
0,88
Novembro
641
125,68
1,19
0,88
Dezembro
398
117,68
1,27
0,88
Janeiro
498
133,48
1,30
0,91
Fevereiro
361
103,22
1,30
0,94
Março
582
110,49
1,24
0,87
Abril
427
107,04
1,30
0,97
Maio
755
147,77
1,27
0,93
3737
123,36
1,27
0,91
GERAL
Fonte: Autor (2014)
Durante o estudo foram comparados os coeficientes a e b dos resultados obtidos por
Moraes (2003), que determinou as relações Z-R mensal para o leste de Alagoas, porém
utilizando um Disdrômetro JW- RD69, os resultados mostram diferenças nesses coeficientes,
principalmente no coeficiente a. Os valores de a do presente estudo são mais baixos que os
observados por Moraes (2003), tabelas 4.3. Entretanto, os valores de b variam pouco,
apresentaram grande semelhança com os encontrados por Moraes (2003). Tais diferenças
podem ser explicadas pelo facto do tamanho da amostra usada nesse trabalho ser menor em
relação à usada por Moraes (2003), e principalmente, devem-se levar em consideração as
características das chuvas (diferentes tipos de sistemas meteorológicos) durante as pesquisa
feita por Moraes (2003). Todas essas diferenças entre valores serão corrigidas quando a região
leste de Alagoas tiver uma maior série disdrométrica capaz de responder todos os possíveis
questionamentos. A variação dos valores dos coeficientes b oferece confiança de que esses
valores são típicos da região.
53
Tabela 4.2 – Variação dos coeficientes a e b determinados por Moraes 2003.
Mês
DTG
A
b
r2
Dezembro/2001
250
170,9
1,25
0,76
Janeiro/2002
1149
247,1
1,33
0,90
Fevereiro/2002
831
264
1,36
0,94
Março/2002
1185
185,1
1,30
0,84
Abril/2002
631
182,5
1,31
0,82
Maio/2002
2423
150,5
1,29
0,74
GERAL
6469
176,5
1,29
0,83
Fonte: Moraes (2003)
Analisando as figuras 4.3 a 4.11 pode-se verificar que os coeficientes a e b das
diferentes relações Z-R demonstraram comportamentos relacionados às intensidades da
precipitação registradas. De forma generalizada, os valores do coeficiente a diminuem de
magnitude à medida que as intensidades aumentam e o comportamento inverso é verificado
no coeficiente b. o maior número dos registros de intensidade da chuva foram inferiorea a 5
mmh-1.
Figura 4.3 – Relação Z-R, Outubro de 2013.
10000
Z [mm6m-3]
1000
OUTUBRO DE 2013
Z = 132,58 R1,26
r2 = 0,88
100
10
1
0,01
Fonte: Autor (2014)
0,1
R[mm h-1]
1
10
54
Figura 4.4 – Relação Z-R, Novembro de 2013.
NOVEMBRO DE 2013
Z [mm6m-3]
10000
1000
Z = 125,68 R1,19
r2 = 0,88
100
10
1
0,01
0,1
1
10
R[mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.5 – Relação Z-R, Dezembro de 2013.
10000
DEZEMBRO DE 2013
Z[mm6m-3]
1000
Z = 117,68 R1,27
r² = 0,88
100
10
1
0,01
0,1
1
R[mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
10
55
Figura 4.6 – Relação Z-R, Janeiro de 2014.
10000
JANEIRO DE 2014
Z [mm6m-3]
1000
Z = 133,48R1,30
r2 = 0,91
100
10
1
0,01
0,1
1
10
R[mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.7 – Relação Z-R, Fevereiro de 2014.
FEVEREIRO DE 2014
Z [mm6m-3]
1000
Z = 103,22 R1,30
r2 = 0,94
100
10
1
0,01
Fonte: Autor (2014)
0,1
1
R(mm/h)
10
56
Figura 4.8 – Relação Z-R, Março de 2014.
10000
Z [mm6m-3]
1000
MARÇO DE 2014
Z = 110,49 R1,24
r2 = 0,87
100
10
1
0,01
0,1
1
10
R [mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.9 – Relação Z-R, Abril de 2014.
10000
Z [mm6m-3]
1000
ABRIL DE 2014
Z = 107,04 R1,30
r2 = 0,97
100
10
1
0,01
Fonte: Autor (2014)
0,1
1
R [mm h-1]
10
57
Figura 4.10 – Relação Z-R, Maio de 2014.
10000
MAIO DE 2014
Z [mm6m-3]
1000
Z = 147,77 R1,27
r2 = 0,93
100
10
1
0,01
0,1
1
10
R [mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
4.3.2 Relação Z-R (Geral)
A relação Z-R geral determinada para leste de Alagoas foi, Z = 123,3 R1,27 (r2 = 0,91),
considerando dados de refletividade e intensidade de chuva de outubro de 2013 a maio de
2014, figura 4.11. Essa equação não difere muito da equação geral para região de Maceió-Al
( Z 176,5R1.29 ) determinada por Moraes em 2003.
Figura 4.11 – Relação Z-R Geral.
Relação Z-R (GERAL)
Z [mm6m-3]
10000
1000
Z = 123,36 R1,27
r² = 0,91
100
10
1
0,01
0,1
1
R [mm h-1]
Fonte: Autor (2014)
10
58
Os resultados dessa pesquisa foram sempre comparados com os encontrados por
Moraes (2003), devido os resultados provir da mesma região de estudo (leste de Alagoas). As
figuras 4.12 a 4.27 apresentam valores de refletividade de radar a partir das equações Z-R
obtidas por MORAES (2003), TAYOB (2014) e registrada pelo Disdrômetro, para os quais se
constata desempenhos semelhantes para os valores estimados pelas equações empíricas
citadas e a obtida pelo Disdrômetro. De outubro de 2013 a Dezembro de 2013 a refletividade
apresenta ligeiras diferenças, que pode estar associada ao efeito dos ventos de Norte que
ocorrem nessa época do ano. Nos meses seguintes as refletividades determinadas assim como
a do Disdrômetro demonstram concordância.
Figura 4.12 – Comparação das relações Z-R gerais, Outubro/2013.
40
OUTUBRO DE 2013
35
Z [dbz]
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.13 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva no dia 17 de outubro/2013.
40
35
Z [dbz]
30
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
2:15
2:14
2:11
2:08
2:06
2:05
0
59
Figura 4.14 – Comparação das relações Z-R gerais, Novembro/2013.
45
NOVEMBRO 2013
40
35
Z [dbz]
30
25
20
15
10
5
1
7
13
19
25
31
37
43
49
55
61
67
73
79
85
91
97
103
109
115
121
127
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.15 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 5 de
Novembro/2013.
40
35
Z [dbz]
30
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
9:22
9:21
9:20
9:19
9:18
9:16
9:06
0
60
Figura 4.16 – Comparação das relações Z-R, Dezembro/2013.
40
DEZEMBRO 2013
35
Z [dbz]
30
25
20
15
10
5
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.17 – Comparação das relações Z-R, evento de chuva dia 01 de dezembro/2013.
40
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor ( 2014)
3:01
2:39
2:38
2:37
2:35
2:31
0:12
2:34
2:31
0
61
Figura 4.18 - Comparação das relações Z-R, Janeiro/2014.
40
JANEIRO 2014
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
49
53
57
61
65
69
73
77
81
85
89
93
97
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.19 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 28 de Janeiro/2014.
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [ min]
Fonte: Autor (2014)
3:20
3:15
3:14
3:12
3:11
3:09
3:08
0
62
Figura 4.20 – Comparação das relações Z-R, Fevereiro/2014.
40
FEVEREIRO 2014
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.21 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 4 de fevereiro/2013.
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
8:48
8:47
8:46
8:44
8:41
8:40
8:39
8:38
8:37
8:36
8:35
8:34
0
63
Figura 4.22 – Comparação das relações Z-R gerais, Março/2014.
40
MARÇO DE 2014
35
30
Z [dbz)
25
20
15
10
5
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
106
111
116
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.23 – Comparação das relações ZR gerais, evento de chuva dia 12 de Março/2014.
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [mim]
Fonte: Autor (2014)
6:01
5:54
5:51
5:49
5:48
5:47
5:46
5:45
0
64
Figura 4.24 – Comparação das relações ZR, Abril/2014.
40
ABRIL DE 2014
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.25 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 29 de abril/2014.
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
19:45
19:44
19:43
19:42
19:41
19:40
19:39
19:36
19:35
19:34
19:33
19:32
19:30
19:29
19:28
19:26
19:25
19:24
0
65
Figura 4.26 – Comparação das relações Z-R, Maio/2014.
40
35
MAIO DE 2014
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
73
69
65
61
57
53
49
45
41
37
33
29
25
21
17
13
9
5
1
0
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
Figura 4.27 – Comparação das relações Z-R gerais, evento de chuva dia 2 de Maio/2014.
40
35
30
Z [dbz]
25
20
15
10
5
Tempo [min]
Fonte: Autor (2014)
5:08
5:04
5:01
4:57
4:47
4:44
4:41
4:37
4:34
4:31
4:28
4:25
4:22
4:19
4:10
4:07
4:02
3:58
3:55
0
66
4.4
Frequência de Intensidade da chuva
Analisando as frequências das intensidades de chuva durante o período de estudo,
(tabela 4.3), verifica-se que as menores intensidades (R ≤ 4 mmh-1) são as que têm as maiores
constâncias durante todos os meses. Por outro lado, as maiores intensidade são as que
apresentam a menor frequência em todas as chuvas estudadas. Dessa forma, pode-se
confirmar que as chuvas estratiformes (R < 10mm) predominaram sobre a região, que
concorda com Moraes (2003).
Tabela 4.3 – Frequência em minutos de ocorrência de intensidades de precipitação R (mmh-1)
R
[mmh-1]
[0-2]
Out
2013
Nov
2013
Dez
2013
Jan
2014
Fev
2014
Mar
2014
Abr
2014
Mai
2014
70
521
356
443
285
508
316
116
[2,1-4]
4
81
28
40
38
53
56
118
[4,1-6]
0
24
9
8
17
14
36
64
[6,1-8]
0
10
5
6
15
5
11
26
[8,1-10]
1
4
2
0
2
2
3
10
[10,1-12]
0
1
0
1
4
0
3
6
>12,2
0
0
0
0
0
0
2
15
Fonte: Autor (2014)
O horário de maior ocorrência de chuva é observado na tabela 4.4. Esta tabela mostra
que as chuvas registradas durante o período de estudo tiveram sua maior frequência durante o
período da madrugada (00-05h), podendo ser justificada devido à intensificação dos sistemas
meteorológicos que chegam ao leste de Alagoas, reforçado pela circulação de brisa terrestre
que ocorre no ENE no período da noite. A mesma justificativa pode ser dada às chuvas que
ocorrem entre 5h e 10h da manhã, ainda sobre influência da circulação de brisa. O período da
tarde foi o que apresentou a menor ocorrência de chuva, entre 15h e 20h. E importante
observar que meses considerados chuvosos na região, como o mês de abril e maio/2014, os
registros de chuvas ocorreram em todos os horários.
67
Tabela 4.4 – Períodos de ocorrência de precipitação R (mmh-1)
Hora
Out
2013
Nov
2013
Dez
2013
Jan
2014
Fev
2014
Mar
2014
Abr
2014
Mai
2014
Total
[00-05]
1
14
15
6
16
12
7
33
103
[05-10]
0
19
0
1
6
7
6
37
76
[10-15]
0
0
1
2
8
1
10
14
36
[15-20]
0
0
0
3
0
0
19
7
29
[20-24]
0
11
0
3
8
1
13
13
49
Fonte: Autor (2014)
4.5
Função densidade de probabilidade (FDP)
A distribuição de tamanhos de gota, figura 4.27, baseada em gotas de diâmetros que
variam de 1,0 a 1,4 mm demonstra que a ocorrência de chuvas de intensidades inferiores a 10
mmh-1, ou seja, eventos de chuvas estratiformes, que ocorrem na região de estudo são
constituídos de gotas com diâmetros que variam de 0,2 mm a 1,3 mm. E que desse universo
de precipitação, cerca de 47%, é formada de gotas que têm diâmetro variando de 0,3 a 0,4
mm. Resultados semelhantes foram encontrados por Moraes et al (2004) durante a análise dos
eventos dos dias 29, 30 e 31 de janeiro de 2004, cuja precipitação era constituída de gotas de
diâmetros variando de 0,6 a 1,3 mm.
Figura 4.28 – Função densidade de probabilidade.
0,3
0,25
1,0 ≤ R ≤ 1,4 mmh-1
PDF [%]
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
D[mm]
Fonte: Autor (2014)
3
3,5
4
4,5
5
68
5
CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES
Tendo em vista os objetivos desta pesquisa, analisar a precipitação e determinar a
relação Z-R para o litoral do Estado de Alagoas usando o Disdrômetro OTT Parsivel2 por
meio de revisão bibliográfica, coleta de dados, determinação e análise de correlações das
intensidades de precipitação e refletividades do radar foi possível chegar a seguintes
conclusões:
Apesar da ocorrência de chuvas geradas por sistemas convectivos, elas são de uma
forma geral, chuvas com características estratiformes, e são constituídas por gotas de
diâmetros que variam de 0,2 a 1,3 mm. Conclusão que pode ser justificada pela
semelhança dos valores encontrados dos parâmetros a e b das relações Z-R geral
quando comparados com os encontrada por MORAES, 2003.
As chuvas ocorrem com maior frequência do período noturno e nas primeiras horas da
manhã, das 00h00min às 10h00min, associada à influência da circulação de brisa
terrestre nos sistemas produtores de chuva que atingem a região;
As menores intensidades (R < 4 mmh-1) são as que têm a maiores frequências em
todos os meses estudados, confirmando assim, que as chuvas estratiformes
predominaram sobre o leste de Alagoas.
Os dados obtidos nesta pesquisa com o Parsivel2 e os obtidos por Moraes (2003) que
se basearam no princípio de compensação automática da força produzida por uma gota
que atinge a superfície de um sistema receptor rígido, mostraram-se análogos, visto
que a relação ZR geral encontrada neste trabalho foi semelhante à anteriormente
encontrada em 2003. Isto significa que ambos os equipamentos são eficazes na
estimativa de relação da intensidade da chuva com a distribuição das gotas que a
compõem.
Considerando a variabilidade da precipitação e a importância que a distribuição dos
tamanhos de gotas de chuva tem no processo de refinamento das medições do radar
meteorológico, assim como, a caraterização da precipitação recomenda-se a
continuação da determinação da relação Z-R, dando ênfase a sazonalidade, assim
como, o estudo da relação entre a intensidade da precipitação, refletividade efetiva do
radar e a energia cinética da gota da chuva.
69
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