dissertaÇÃo de mestrado - unidade acadêmica de
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DISSERTACcedilAtildeO DE MESTRADO
Rafaella de Arauacutejo Aires Vilar
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
Universidade Federal de Campina Grande ndash UFCG
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais ndash CTRN
Unidade Acadecircmica de Ciecircncias Atmosfeacutericas ndash UACA
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia ndash PPGMet
DISSERTACcedilAtildeO DE METRADO
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
RAFAELLA DE ARAUacuteJO AIRES VILAR
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
RAFAELLA DE ARAUacuteJO AIRES VILAR
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
Projeto de dissertaccedilatildeo apresentado ao
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em
Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande - UFCG em
cumprimento agraves exigecircncias para
obtenccedilatildeo do grau de Mestre em
Meteorologia
Aacuterea de concentraccedilatildeo Meteorologia de Meso e Grande Escala
Sub-aacuterea Sinoacutetica-Dinacircmica da Atmosfera Tropical
Orientadora Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
Dedico este meu trabalho
primeiramente a Deus a quem
tenho um amor incondicional
aos meus pais Tertulino Aires
e Verocircnica Lopes ao meu
irmatildeo Rafael Vilar e agrave minha
tia Ianne Lopes os maiores
incentivadores do meu sonho
AGRADECIMENTOS
Cheguei ao fim de mais uma etapa que pessoalmente foi muito difiacutecil
profissionalmente foi e seraacute enriquecedor As coisas natildeo acontecem por acaso e nada se
constroacutei sozinho Nestes anos aprendi muito errando e principalmente com muitas
pessoas as quais agradeccedilo e retribuo com essas palavras de carinho
Primeiramente agradeccedilo a Deus e a Nossa Senhora pelos dons recebidos e que
com estes me fizeram brilhar dentre muitos
Aos meus pais Tertulino Aires e Verocircnica Lopes que me ensinaram os valores
que precisava para enfrentar a vida e ser uma pessoa de bem pelo apoio incondicional
sem o qual natildeo teria conseguido vencer mais essa etapa Amo vocecircs
Amor de irmatildeo e de tia-irmatilde natildeo tem preccedilo natildeo tem hora Agradeccedilo de forma
muito especial e com muito amor a Rafael Vilar e Ianne Lopes que sempre estiveram
estatildeo e estaratildeo comigo em qualquer caminhada me dando forccedilas amor carinho
Ao meu padrasto Gleriston Klinger e minha madrasta Melacircnia Assis meus tios e
primos por todos os conselhos ajuda pelo amor compreensatildeo e incentivo para
continuar lutando e vencendo
Agrave Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia que carinhosamente a chamo de ldquotiardquo
pela orientaccedilatildeo dedicaccedilatildeo confianccedila conhecimentos transmitidos e pela sua enorme
paciecircncia Sem a senhora do meu lado natildeo teria chegado ateacute aqui Obrigada
Aos membros da banca examinadora Prof Dr Lincoln Eloi pelas sugestotildees no
sentido de melhorar o trabalho e agrave Profordf Drordf Regina que a conheccedilo desde a graduaccedilatildeo
e com quem sempre me identifiquei Obrigada pela paciecircncia disponibilidade e
sugestotildees na melhoria do trabalho
Agradeccedilo agrave minha turma de mestrado de forma especial a Leo que sempre me
recebeu e me ajudou quase sempre com muita boa vontade Ley Milena Edvacircnia Zeacute
Ricardo Heacuterika e Danilo que se tornaram verdadeiros amigos me dando todo apoio em
todos os momentos
Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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Universidade Federal de Campina Grande ndash UFCG
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais ndash CTRN
Unidade Acadecircmica de Ciecircncias Atmosfeacutericas ndash UACA
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia ndash PPGMet
DISSERTACcedilAtildeO DE METRADO
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
RAFAELLA DE ARAUacuteJO AIRES VILAR
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
RAFAELLA DE ARAUacuteJO AIRES VILAR
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
Projeto de dissertaccedilatildeo apresentado ao
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em
Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande - UFCG em
cumprimento agraves exigecircncias para
obtenccedilatildeo do grau de Mestre em
Meteorologia
Aacuterea de concentraccedilatildeo Meteorologia de Meso e Grande Escala
Sub-aacuterea Sinoacutetica-Dinacircmica da Atmosfera Tropical
Orientadora Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
Dedico este meu trabalho
primeiramente a Deus a quem
tenho um amor incondicional
aos meus pais Tertulino Aires
e Verocircnica Lopes ao meu
irmatildeo Rafael Vilar e agrave minha
tia Ianne Lopes os maiores
incentivadores do meu sonho
AGRADECIMENTOS
Cheguei ao fim de mais uma etapa que pessoalmente foi muito difiacutecil
profissionalmente foi e seraacute enriquecedor As coisas natildeo acontecem por acaso e nada se
constroacutei sozinho Nestes anos aprendi muito errando e principalmente com muitas
pessoas as quais agradeccedilo e retribuo com essas palavras de carinho
Primeiramente agradeccedilo a Deus e a Nossa Senhora pelos dons recebidos e que
com estes me fizeram brilhar dentre muitos
Aos meus pais Tertulino Aires e Verocircnica Lopes que me ensinaram os valores
que precisava para enfrentar a vida e ser uma pessoa de bem pelo apoio incondicional
sem o qual natildeo teria conseguido vencer mais essa etapa Amo vocecircs
Amor de irmatildeo e de tia-irmatilde natildeo tem preccedilo natildeo tem hora Agradeccedilo de forma
muito especial e com muito amor a Rafael Vilar e Ianne Lopes que sempre estiveram
estatildeo e estaratildeo comigo em qualquer caminhada me dando forccedilas amor carinho
Ao meu padrasto Gleriston Klinger e minha madrasta Melacircnia Assis meus tios e
primos por todos os conselhos ajuda pelo amor compreensatildeo e incentivo para
continuar lutando e vencendo
Agrave Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia que carinhosamente a chamo de ldquotiardquo
pela orientaccedilatildeo dedicaccedilatildeo confianccedila conhecimentos transmitidos e pela sua enorme
paciecircncia Sem a senhora do meu lado natildeo teria chegado ateacute aqui Obrigada
Aos membros da banca examinadora Prof Dr Lincoln Eloi pelas sugestotildees no
sentido de melhorar o trabalho e agrave Profordf Drordf Regina que a conheccedilo desde a graduaccedilatildeo
e com quem sempre me identifiquei Obrigada pela paciecircncia disponibilidade e
sugestotildees na melhoria do trabalho
Agradeccedilo agrave minha turma de mestrado de forma especial a Leo que sempre me
recebeu e me ajudou quase sempre com muita boa vontade Ley Milena Edvacircnia Zeacute
Ricardo Heacuterika e Danilo que se tornaram verdadeiros amigos me dando todo apoio em
todos os momentos
Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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RAFAELLA DE ARAUacuteJO AIRES VILAR
CONDICcedilOtildeES DE TEMPO SEVERO E FORMACcedilAtildeO DE TORNADOS EM
BRASIacuteLIA-DF UM ESTUDO DE CASO
Projeto de dissertaccedilatildeo apresentado ao
Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em
Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande - UFCG em
cumprimento agraves exigecircncias para
obtenccedilatildeo do grau de Mestre em
Meteorologia
Aacuterea de concentraccedilatildeo Meteorologia de Meso e Grande Escala
Sub-aacuterea Sinoacutetica-Dinacircmica da Atmosfera Tropical
Orientadora Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia
Campina Grande ndash PB
Fevereiro de 2016
Dedico este meu trabalho
primeiramente a Deus a quem
tenho um amor incondicional
aos meus pais Tertulino Aires
e Verocircnica Lopes ao meu
irmatildeo Rafael Vilar e agrave minha
tia Ianne Lopes os maiores
incentivadores do meu sonho
AGRADECIMENTOS
Cheguei ao fim de mais uma etapa que pessoalmente foi muito difiacutecil
profissionalmente foi e seraacute enriquecedor As coisas natildeo acontecem por acaso e nada se
constroacutei sozinho Nestes anos aprendi muito errando e principalmente com muitas
pessoas as quais agradeccedilo e retribuo com essas palavras de carinho
Primeiramente agradeccedilo a Deus e a Nossa Senhora pelos dons recebidos e que
com estes me fizeram brilhar dentre muitos
Aos meus pais Tertulino Aires e Verocircnica Lopes que me ensinaram os valores
que precisava para enfrentar a vida e ser uma pessoa de bem pelo apoio incondicional
sem o qual natildeo teria conseguido vencer mais essa etapa Amo vocecircs
Amor de irmatildeo e de tia-irmatilde natildeo tem preccedilo natildeo tem hora Agradeccedilo de forma
muito especial e com muito amor a Rafael Vilar e Ianne Lopes que sempre estiveram
estatildeo e estaratildeo comigo em qualquer caminhada me dando forccedilas amor carinho
Ao meu padrasto Gleriston Klinger e minha madrasta Melacircnia Assis meus tios e
primos por todos os conselhos ajuda pelo amor compreensatildeo e incentivo para
continuar lutando e vencendo
Agrave Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia que carinhosamente a chamo de ldquotiardquo
pela orientaccedilatildeo dedicaccedilatildeo confianccedila conhecimentos transmitidos e pela sua enorme
paciecircncia Sem a senhora do meu lado natildeo teria chegado ateacute aqui Obrigada
Aos membros da banca examinadora Prof Dr Lincoln Eloi pelas sugestotildees no
sentido de melhorar o trabalho e agrave Profordf Drordf Regina que a conheccedilo desde a graduaccedilatildeo
e com quem sempre me identifiquei Obrigada pela paciecircncia disponibilidade e
sugestotildees na melhoria do trabalho
Agradeccedilo agrave minha turma de mestrado de forma especial a Leo que sempre me
recebeu e me ajudou quase sempre com muita boa vontade Ley Milena Edvacircnia Zeacute
Ricardo Heacuterika e Danilo que se tornaram verdadeiros amigos me dando todo apoio em
todos os momentos
Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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Dedico este meu trabalho
primeiramente a Deus a quem
tenho um amor incondicional
aos meus pais Tertulino Aires
e Verocircnica Lopes ao meu
irmatildeo Rafael Vilar e agrave minha
tia Ianne Lopes os maiores
incentivadores do meu sonho
AGRADECIMENTOS
Cheguei ao fim de mais uma etapa que pessoalmente foi muito difiacutecil
profissionalmente foi e seraacute enriquecedor As coisas natildeo acontecem por acaso e nada se
constroacutei sozinho Nestes anos aprendi muito errando e principalmente com muitas
pessoas as quais agradeccedilo e retribuo com essas palavras de carinho
Primeiramente agradeccedilo a Deus e a Nossa Senhora pelos dons recebidos e que
com estes me fizeram brilhar dentre muitos
Aos meus pais Tertulino Aires e Verocircnica Lopes que me ensinaram os valores
que precisava para enfrentar a vida e ser uma pessoa de bem pelo apoio incondicional
sem o qual natildeo teria conseguido vencer mais essa etapa Amo vocecircs
Amor de irmatildeo e de tia-irmatilde natildeo tem preccedilo natildeo tem hora Agradeccedilo de forma
muito especial e com muito amor a Rafael Vilar e Ianne Lopes que sempre estiveram
estatildeo e estaratildeo comigo em qualquer caminhada me dando forccedilas amor carinho
Ao meu padrasto Gleriston Klinger e minha madrasta Melacircnia Assis meus tios e
primos por todos os conselhos ajuda pelo amor compreensatildeo e incentivo para
continuar lutando e vencendo
Agrave Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia que carinhosamente a chamo de ldquotiardquo
pela orientaccedilatildeo dedicaccedilatildeo confianccedila conhecimentos transmitidos e pela sua enorme
paciecircncia Sem a senhora do meu lado natildeo teria chegado ateacute aqui Obrigada
Aos membros da banca examinadora Prof Dr Lincoln Eloi pelas sugestotildees no
sentido de melhorar o trabalho e agrave Profordf Drordf Regina que a conheccedilo desde a graduaccedilatildeo
e com quem sempre me identifiquei Obrigada pela paciecircncia disponibilidade e
sugestotildees na melhoria do trabalho
Agradeccedilo agrave minha turma de mestrado de forma especial a Leo que sempre me
recebeu e me ajudou quase sempre com muita boa vontade Ley Milena Edvacircnia Zeacute
Ricardo Heacuterika e Danilo que se tornaram verdadeiros amigos me dando todo apoio em
todos os momentos
Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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AGRADECIMENTOS
Cheguei ao fim de mais uma etapa que pessoalmente foi muito difiacutecil
profissionalmente foi e seraacute enriquecedor As coisas natildeo acontecem por acaso e nada se
constroacutei sozinho Nestes anos aprendi muito errando e principalmente com muitas
pessoas as quais agradeccedilo e retribuo com essas palavras de carinho
Primeiramente agradeccedilo a Deus e a Nossa Senhora pelos dons recebidos e que
com estes me fizeram brilhar dentre muitos
Aos meus pais Tertulino Aires e Verocircnica Lopes que me ensinaram os valores
que precisava para enfrentar a vida e ser uma pessoa de bem pelo apoio incondicional
sem o qual natildeo teria conseguido vencer mais essa etapa Amo vocecircs
Amor de irmatildeo e de tia-irmatilde natildeo tem preccedilo natildeo tem hora Agradeccedilo de forma
muito especial e com muito amor a Rafael Vilar e Ianne Lopes que sempre estiveram
estatildeo e estaratildeo comigo em qualquer caminhada me dando forccedilas amor carinho
Ao meu padrasto Gleriston Klinger e minha madrasta Melacircnia Assis meus tios e
primos por todos os conselhos ajuda pelo amor compreensatildeo e incentivo para
continuar lutando e vencendo
Agrave Profordf Drordf Magaly de Faacutetima Correia que carinhosamente a chamo de ldquotiardquo
pela orientaccedilatildeo dedicaccedilatildeo confianccedila conhecimentos transmitidos e pela sua enorme
paciecircncia Sem a senhora do meu lado natildeo teria chegado ateacute aqui Obrigada
Aos membros da banca examinadora Prof Dr Lincoln Eloi pelas sugestotildees no
sentido de melhorar o trabalho e agrave Profordf Drordf Regina que a conheccedilo desde a graduaccedilatildeo
e com quem sempre me identifiquei Obrigada pela paciecircncia disponibilidade e
sugestotildees na melhoria do trabalho
Agradeccedilo agrave minha turma de mestrado de forma especial a Leo que sempre me
recebeu e me ajudou quase sempre com muita boa vontade Ley Milena Edvacircnia Zeacute
Ricardo Heacuterika e Danilo que se tornaram verdadeiros amigos me dando todo apoio em
todos os momentos
Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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Aos amigos que a vida me presenteou em especial a Sabris Danni Biba Bel
Jana Pollyana Gerda obrigada por entender quando eu tinha muitas coisas para fazer e
natildeo podia sair
Agrave meteorologista do INMET Josefa Morgana Viturino de Almeida pela
facilitaccedilatildeo na obtenccedilatildeo de informaccedilotildees e cessatildeo de dados coletados no dia do evento
importantes no processo da elaboraccedilatildeo deste trabalho
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Meteorologia da Universidade Federal de
Campina Grande (UFCG) e a Comissatildeo de Aperfeiccediloamento de Pessoal do Niacutevel
Superior (CAPES) pela concessatildeo da bolsa de estudos
ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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ldquoEacute preciso forccedila pra sonhar e
perceber que a estrada vai aleacutem
do que se vecircrdquo
Los Hermanos
RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
ALCAcircNTARA C R SOUZA E P SILVA DIAS M A F BIEZATO B
Influecircncia dos jatos em meacutedios e baixos niacuteveis nos processos de nuvem estudo
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ANDREacute IRN Algumas consideraccedilotildees sobre mudanccedilas climaacuteticas e eventos
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RESUMO
A formaccedilatildeo de tornados eacute um fenocircmeno pouco frequente no Centro-Oeste do Brasil O
registro de um tornado em Brasiacutelia-DF em 01 de outubro de 2014 evidencia a
importacircncia da utilizaccedilatildeo de meacutetodos que permitam compreender melhor os vaacuterios
mecanismos atmosfeacutericos dominantes em episoacutedios de tempo severo e monitorar esse
fenocircmeno meteoroloacutegico com alto potencial de destruiccedilatildeo Este estudo teve como
propoacutesito analisar a estrutura vertical da atmosfera que prevaleceu no desenvolvimento
de condiccedilotildees atmosfeacutericas adversas e identificar paracircmetros convectivos adequados para
determinaccedilatildeo de padrotildees atmosfeacutericos que favoreceram o desenvolvimento de tempo
severo A teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) iacutendices de
instabilidade e imagens de radar meteoroloacutegico foram os principais meacutetodos de anaacutelise
utilizados Os resultados mostram que a combinaccedilatildeo entre o alto grau de instabilidade
atmosfeacuterica temperaturas elevadas e vento intenso acompanhado de rajadas foi
determinante para o desenvolvimento do tornado Entretanto os valores dos iacutendices de
instabilidade diferem dos limiares normalmente utilizados como indicadores da
formaccedilatildeo de tornados Linhas de instabilidade em forma de arco (ldquobow echoesrdquo)
detectadas pelo radar durante o periacuteodo de chuva intensa com danos em superfiacutecie satildeo
os indiacutecios mais fortes do tornado que atingiu a regiatildeo Registros fotograacuteficos de linhas
de energia telhados aacutervores e carros danificados pelo vento (95 kmh) tambeacutem satildeo
apresentados
Palavras-chave Tornado CAPE Eco Arco (Bow Echo) Linha de Instabilidade Anaacutelise
de Componentes Principais
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
ALCAcircNTARA C R SOUZA E P SILVA DIAS M A F BIEZATO B
Influecircncia dos jatos em meacutedios e baixos niacuteveis nos processos de nuvem estudo
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ANDREacute IRN Algumas consideraccedilotildees sobre mudanccedilas climaacuteticas e eventos
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97
ABSTRACT
The frequency of tornado formation in Central-West Brazil is low A tornado observed
in Brasiacutelia-DF on 01 October 2014 highligths the importance of using methods that
allow a better understanding of the various atmospheric mechanisms that dominate in
severe weather episodes and the monitoring of this meteorological phenomenon with
high destructive potential The aim in this study was to analyze the vertical structure of
the atmosphere that dominated the development of adverse atmospheric conditions and
to identify convective parameters that are adequate for determining atmospheric patterns
that favor severe weather development The statistic technique Principal Component
Analysis (PCA) instability indices and meteorological radar images were the main
analysis methods employed The results show that the combination of high degree of
atmospheric instability high temperatures and intense wind with gusts was determinant
for tornado development However values of the instability indices differ from those
normally used as indicators of tornado formation Arc-shaped squall lines (ldquobow
echoesrdquo) detected by radar during the period of intense rainfall with damages at the
surface are the strongest evidence of the tornado that hit the region Photos of power
lines roofs trees and cars damaged by the winds (95kmh) are presented also
Keywords Tornado CAPE Bow Echo Squall Line Principal Component Analysis
SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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SUMAacuteRIO
RESUMO
ABSTRACT
I ndash LISTA DE FIGURAS i
II ndash LISTA DE TABELAS iv
III ndash LISTA DE QUADROS v
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS vi
V ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS x
1 INTRODUCcedilAtildeO 24
2 OBJETIVOS 26
21 Objetivo Geral 26
22 Objetivos Especiacuteficos 26
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 27
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil 27
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados 32
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de
Tornados 35
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade 37
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos ndash Aplicativo FORTRACC e
HIDROESTIMADOR 39
36 Anaacutelise Multivariada 40
4 DADOS E METODOLOGIA 43
41 Aacuterea de Estudo 43
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo 44
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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97
43 Dados 44
44 Metodologia 46
441 Radar Gama 46
442 aplicativo FORTRACC e HIDROESTIMADOR 46
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP) 47
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis 50
445 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP 55
5 RESULTADOS 57
51 Anaacutelise Observacional 57
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do
tornado 59
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado 61
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do
Gama-DF 67
55 Estrutura vertical da atmosfera 73
56 Anaacutelise Estatiacutestica 79
6 CONCLUSOtildeES 86
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 87
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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97
i
I ndash LISTA DE FIGURAS
Figura 31 ndash Localizaccedilatildeo geograacutefica das regiotildees do Brasil com destaque para a
cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
28
Figura 32 ndash Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo
planalto central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte
Adaptado de Menrva Templo do Saber
httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
28
Figura 33 ndash Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado
de httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
34
Figura 41 ndash Imagem da cidade de Brasiacutelia ndash DF (Fonte Governo de Goiaacutes
extraiacutedo de httpptwikipediaorgwikiGoiC3A1s)
43
Figura 51 ndash (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia
climatoloacutegica) (b) Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia
climatoloacutegica) (c) Histograma do total diaacuterio de temperatura de setembro
em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio de temperatura de outubro
em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo de
setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da precipitaccedilatildeo
de outubro em Brasiacutelia ndash DF
58
Figura 52 ndash Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do
vento em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014 60
Figura 53 ndash Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na
aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) 61
Figura 54 ndash Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a)
1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900
UTC) (e) 1930 UTC e (f) 2000 UTC Fonte CPTEC 2014
63
ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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ii
Figura 55 ndash Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de
outubro de 2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900
UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC (g) 2030 UTC (h) 2100 UTC A
hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
65
Figura 56 ndash Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC
(b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000
UTC A escala de cores da legenda corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de
sistemas convectivos severos (Fonte httpsigmacptecinpebrfortracc)
66
Figura 57 ndash Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P)
temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observads
na estaccedilatildeo de superfiacutecie do aeroporto internacional de Brasiacutelia DF O
siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram registrados a formaccedilatildeo e danos
intensos na regiatildeo do aeroporto
68
Figura 58 ndash Imagens do radar do Gama DF para o dia 0110 2014 das (a)
1315 (b) 1330 (c) 1345 (d) 1400 (e) 1415 e (f) 1430 (Fonte
Adaptado da REDEMET)
71
Figura 59 ndash Imagens de refletividade (MAX CAPPI) do radar meteoroloacutegico do
Gama em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo
da aeronave indica a posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores
representam a escala em dBZ
72
Figura 511 ndash Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho
e do Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de
instabilidade (CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior
em setembro e outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte
weatheruwyoedu)
77
Figura 512 ndash Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente
(θe) e potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem
realizada em Brasiacutelia as 12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c)
78
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
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VICENTE G A J C DAVENPORT and R A SCOFIELD 2002 The role of
orographic and parallax corrections on real time high resolution satellite
estimation Int J Remote Sens 23 221-230
VILA DA MACHADO LAT LAURENT H VELASCO I Forecast and
Tracking the Evolution of Cloud Clusters (FORTRACC) Using Satellite Infrared
Imagery Methodology and Validation Weather and Forecasting 23 233ndash245 2008
Waldvogel A W Schmid and P Grimm 1979 Criteria for the detection of hail
cells J Appl Meteor 18 1521ndash1525
WEISMAN M L KLEMP J B Characteristics of isolated convective storms
mesoscale meteorology and forecasting Boston MA American Meteorological
Society 1986
97
iii
02102014
Figura 513 ndash ScreePlot 81
Figura 514 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 81
Figura 515 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a
representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014
(b)
82
Figura 516 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT 84
Figura 517 ndash Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a
Representaccedilatildeo diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) 84
iv
II ndash LISTA DE TABELAS
Tabela 51 ndash Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia
Explicada e Acumulada
79
Tabela 52 ndash Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e
F3
80
v
III ndash LISTA DE QUADROS
Quadro 31 ndash Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada
de Fujita e Pearson 1973)
35
Quadro 32 ndash Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha
1997) 36
Quadro 41 ndash Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER
1972) 52
Quadro 42 ndash Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias 53
Quadro 43 ndash Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf) 54
vi
IV ndash LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
deg- Grau
degC- Graus Celsius
hPa ndash HectoPascoal
Jkg ndash Joule por Kilograma
km- Quilocircmetro
mm ndash Miliacutemetros
- Porcentual
AA- Anaacutelise de Agrupamento
ACP- Anaacutelise de Componentes Principais
AD- Anaacutelise Discriminante
ANA- Agecircncia Nacional de Aacuteguas
AF- Anaacutelise Fatorial
ASAS ndash Alta Subtropical do Atlacircntico Sul
BHSF ndash Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco
CAPE- Energia Potencial Convectiva Disponiacutevel
CAPP- Constant Altitude Plan Position Indicator
CB ndash Nuvem Cumulunimbus
CPTEC ndash Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos
CT- Cross Totals
dBZ - Fator de Refletividade que mede a Intensidade do Eco
DF ndash Distrito Federal
vii
DSA - Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais
ENOS ndash El Nino Oscilaccedilatildeo Sul
EB- BowEcho
FORTRACC ndash Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters
GOES - Geostationary Operational Environmental Satellite
GRRA- Chuva com granizo
HS ndash Hemisfeacuterio Sul
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatiacutestica
INMET- Instituto Nacional de Meteorologia
KMO ndash Kaiser-Meyer-Olkin
kt ndash Unidade de intensidade do vento em noacute
Landspout- Tromba de areia
LI ndash Linhas de Instabilidade
MSA - Monccedilotildees Sul Americanas
N- Norte
NCEP - National Centers for Environmental Prediction
NCL- Niacutevel de Condensaccedilatildeo por levantamento
NE- Nordeste
NEB - Nordeste do Brasil
NW ndash Noroeste
OMJ ndash Oscilaccedilatildeo Madden-Julian
RA- Chuva fraca
viii
RAI - Rainfall Anomaly Index
REDEMET ndash Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica
RETS- Trovoadas recentes
SH ndash Iacutendice de Instabilidade Showalter
SBBR ndash Aeroporto de Brasiacutelia ndash Distrito Federal
SC ndash Sistemas Convectivos
SCM ndash Sistemas Convectivos de Mesoescala
SE - Sudeste
SF - Sistemas Frontais
SF- Sistemas Frontais
SPSS- Statistical Package for the Social Sciences
SW ndash Iacutendice de Instabilidade Sweat
T- Temperatura do ar
TS- Chuva franca com trovoadas
TSRA ndash Chuva Fraca e Trovoadas
TT ndash Iacutendice de Instabilidade Total Totals
TSM- Temperatura da Superfiacutecie do Mar
UTC ndash Universal Time Coordinated
VAR- Variacircncia
VCANs ndash Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis
VCSH- Pancadas na vizinhanccedila
VCTS- Trovoadas na vizinhanccedila
ix
VT- Vertical Totals
Waterspout ndash Tromba drsquoAacutegua
ZCAS- Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul
ZCIT - Zona de Convergecircncia Intertropical
x
IV ndash LISTA DE SIacuteMBOLOS
θ- Temperatura Potencial
θe- Temperatura Potencial Equivalente
θes- Temperatura Potencial Equivalente Saturada
A-1- Matriz inversa
DV- Funccedilatildeo de diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850 hPa
Tparcela- Temperatura em 500hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
T500- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
T750- Temperatura do Ar no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
T850- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td- Temperatura do Ponto de Orvalho
Td500- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 500 hPa
Td700- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 700 hPa
Td850- Temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de pressatildeo de 850 hPa
V(500)- Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850)- Vento no niacutevel de 850 hPa
X ndash Variaacutevel
Xt- Matriz transposta
24
1 INTRODUCcedilAtildeO
Tempestades severas (TS) satildeo sistemas convectivos em mesoescala com
registros cada vez mais frequentes nas Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil No entanto
mais recentemente a Regiatildeo Centro-Oeste tambeacutem tem sido alvo de atenccedilatildeo dos
gestores ambientais para compreensatildeo de mudanccedilas atmosfeacutericas associadas com o
aumento de episoacutedios de tempo severo incluindo vendavais granizo chuvas intensas e
alagamentos
O nuacutemero crescente de registros de eventos de TS associados com danos
ambientais e materiais significantes tem despertado o interesse de pesquisadores para
realizaccedilatildeo de estudos que permitam compreender melhor os processos fiacutesicos
associados ao desenvolvimento e intensificaccedilatildeo destes sistemas (DYER 1988 1994
SILVA DIAS e GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992
ANTOcircNIO 1997 NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Geralmente quando
vinculadas ao desenvolvimento de tornados as TS satildeo denominadas de tempestades
tornaacutedicas que produzem ventos extremamente fortes muitas vezes com velocidades
superiores a 100 kmh A grande maioria de TS ocorre em ambientes cujo padratildeo de
circulaccedilatildeo atmosfeacuterica favorece ar uacutemido nos baixos niacuteveis intrusatildeo de ar seco em
niacuteveis meacutedios e um mecanismo capaz de dar iniacutecio a convecccedilatildeo profunda
De acordo com Andreacute (2006) as TS tecircm ocorrido com maior frequecircncia nas
Regiotildees Sul e Sudeste do Brasil mas haacute dificuldade em registrar essas ocorrecircncias jaacute
que a sua atuaccedilatildeo eacute extremamente raacutepida O radar Doppler eacute o equipamento mais
adequado para tal registro No entanto ainda satildeo em nuacutemero bastante reduzido
De acordo com Marcelino et al (2003) existe a necessidade da realizaccedilatildeo de
estudos para a detecccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo de tais eventos severos que aborda o seu
desenvolvimento como forma de prevenir ou minimizar seu impacto no ambiente e os
aspectos sinoacuteticos de sua formaccedilatildeo Com esta caracterizaccedilatildeo tem-se a possibilidade de
estabelecer padrotildees de procedimentos para se evitar maiores consequecircncias visando
minimizar os danos causados Esta anaacutelise dos tipos de tempos que daacute iniacutecio aos
tornados poderaacute dar suporte aos oacutergatildeos que trabalham com a assistecircncia as viacutetimas
25
podem contribuir com a previsatildeo meteoroloacutegica e com os sistemas de alerta de eventos
climaacuteticos severos
Costa (2014) estudou a importacircncia de fatores locais no desenvolvimento de um
episoacutedio de tempo severo em Brasiacutelia-DF no ano de 2011 atraveacutes da ACP e produtos
oriundos de sensoriamento remoto e verificou que apesar da eficiecircncia do meacutetodo
estatiacutestico a utilizaccedilatildeo de imagens de radar teve fundamental importacircncia na explicaccedilatildeo
do fenocircmeno
A regiatildeo foco deste estudo eacute a cidade de Brasiacutelia DF (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W)
situada na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil O clima eacute do tipo tropical de altitude
(BARRETO 2008) caracteriacutestico de regiotildees com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos
secos e relativamente frios A temperatura meacutedia eacute de aproximadamente 21ordmC e a
umidade relativa do ar de 70 podendo atingir 20 ou menos nos meses de inverno
(INMET 2013)
Um episoacutedio de tempo severo associado com o desenvolvimento de um tornado
na regiatildeo do Aeroporto Internacional Juscelino Kubistchek e ventos da ordem de 95
kmh no dia 01 de outubro de 2014 (INMET 2014) representa a motivaccedilatildeo principal
para realizaccedilatildeo das anaacutelises apresentadas neste trabalho
26
2 OBJETIVOS
21 Objetivo Geral
O objetivo principal deste trabalho eacute identificar variaccedilotildees significativas no
padratildeo atmosfeacuterico regional e mecanismos dinacircmicos eou termodinacircmicos associados
com o desenvolvimento de sistemas convectivos severos e formaccedilatildeo do tornado
registrado em 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia ndash DF
22 Objetivos Especiacuteficos
Detectar padrotildees atmosfeacutericos de macro e mesoescala responsaacuteveis pela
formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do tornado no Distrito Federal
Caracterizar as ceacutelulas convectivas locais que originaram a tempestade severa
associada com o tornado registrado no aeroporto de Brasiacutelia-DF
Avaliar a eficiecircncia de diferentes iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica no
diagnoacutestico de tempestades severas
Utilizar a teacutecnica estatiacutestica Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) com o
intuito de identificar fatores fiacutesicos determinantes na ocorrecircncia do tornado
ocorrido no dia 01 de outubro de 2014
27
3 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA
31 Fenocircmenos Meteoroloacutegicos Predominantes na Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
A Regiatildeo Centro-Oeste (Figura 31) eacute formada pelos estados de Goiaacutes Mato
Grosso Mato Grosso do Sul e Distrito Federal (BARROS e BALERO 2012) O relevo
desta regiatildeo eacute composto pelo Planalto Central o Meridional e o do Pantanal (Figura
32) A vegetaccedilatildeo eacute bem diversificada sendo dividida em cerrado pantanal e mata
atlacircntica Apesar de contar com apenas trecircs estados e o DF a regiatildeo eacute a segunda maior
em extensatildeo territorial atraacutes apenas da regiatildeo Norte Ela corresponde a 18 do
territoacuterio brasileiro e representa uma aacuterea de aproximadamente 1607000 kmsup2
O clima da regiatildeo eacute classificado como do tipo Tropical com praticamente duas
estaccedilotildees no ano um inverno seco e relativamente frio e um veratildeo chuvoso A vegetaccedilatildeo
tiacutepica eacute o Cerrado A temperatura meacutedia ao longo do ano eacute de 206ordmC visto que
setembro eacute o mecircs mais quente (217ordmC) e julho eacute o mecircs mais frio (183ordmC) A
temperatura varia de forma significativa nas aacutereas que satildeo menos urbanizadas onde a
meacutedia das miacutenimas no inverno cai de 10ordmC a 5ordmC A umidade relativa do ar eacute de
aproximadamente 70 podendo chegar aos 20 ou menos no inverno A ocorrecircncia da
variabilidade no comportamento da chuva de veratildeo eacute responsaacutevel por eventos extremos
tanto por excesso quanto pela falta de chuva afetando principalmente o abastecimento
nos recursos hiacutedricos e a produccedilatildeo agriacutecola (ANUNCIACcedilAtildeO 2013 CASTRO FILHO
et al 2012)
Os principais sistemas atmosfeacutericos que atuam na Regiatildeo Centro-Oeste satildeo a
Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) Monccedilotildees Sul Americanas (MSA) Alta
Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) Linhas de Instabilidade (LI) Sistemas Frontais
(SF) Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) Tropicais ou Subtropicais e
Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM)
28
Figura 31 Distribuiccedilatildeo espacial das regiotildees do Brasil com destaque para a cidade de
Brasiacutelia-DF mostrando os dados geograacuteficos demograacuteficos e climaacuteticos (Fonte
httpwwwsctembrapabraunidadelocalizacao2htm)
Figura 32 Mapa do relevo da Regiatildeo Centro-Oeste do Brasil composto pelo planalto
central planiacutecie do pantanal e planalto meridional (Fonte Adaptado de Menrva
Templo do Saber httpmenrvatemplodosaberblogspotcombr201504brasi)
A Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute caracterizada como uma
banda persistente de precipitaccedilatildeo e nebulosidade orientada no sentido noroeste-sudeste
29
com forte convecccedilatildeo cuja aacuterea de atuaccedilatildeo engloba o centro-sul da Amazocircnia Regiatildeo
Centro-Oeste e Sudeste centro-sul da Bahia e norte do Paranaacute e frequentemente
prolongando-se ateacute o Oceano Atlacircntico Subtropical A ZCAS tem um papel de suma
importacircncia quando se trata da precipitaccedilatildeo na Ameacuterica do Sul durante os meses de
primavera e veratildeo (NOGUEacuteS-PAEGLE e MO 1997 e SATYAMURTYET al 1998
CARVALHO et al 2004) onde eacute responsaacutevel pela ocorrecircncia de tempestades severas
deslizamentos de terra e alagamentos e podendo contribuir para altos iacutendices
pluviomeacutetricos (SANCHES 2002 CAVALCANTI e ROWNTREE 1998
CAVALCANTI et al 2009)
A Ameacuterica do Sul tem uma grande parte do seu territoacuterio controlada pelas
Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo (MSA) que tem como caracteriacutestica principal a
variaccedilatildeo anual de chuva e de vento onde na estaccedilatildeo de veratildeo a direccedilatildeo do vento se
inverte soprando na direccedilatildeo do oceano para o continente e no inverno ocorre o oposto
soprando do continente para o oceano (GARCIA 2006) A Regiatildeo Centro-Oeste do
Brasil tem potencial para ser uma importante fonte de registros paleoclimaacuteticos que
auxiliem a compreensatildeo do comportamento das Monccedilotildees Sul Americanas de Veratildeo
(MSA) Estas monccedilotildees controlam boa parte das chuvas do continente sul americano e
uma parte importante deste sistema de monccedilotildees eacute a Zona de Convergecircncia do Atlacircntico
Sul (ZCAS) A ZCAS leva umidade desde o norte da Amazocircnia ateacute o sudeste do paiacutes
(VERA et al 2006) e influencia diretamente o regime de chuvas da regiatildeo Centro-
Oeste
A variabilidade interanual do regime de chuvas na regiatildeo Centro-Oeste do Brasil
tambeacutem eacute influenciada pelos modos climaacuteticos de diferentes escalas temporais e podem
influenciar na climatologia da regiatildeo A Oscilaccedilatildeo de Madden-Julian (OMJ)
(MADDEN e JULIAN 1972) que corresponde ao modo intra-sazonal de atividade
convectiva com o periacuteodo de 30-60 dias e a interaccedilatildeo oceano-atmosfera tambeacutem pode
influenciar no ENOS (El Nintildeo Oscilaccedilatildeo Sul) aleacutem de anomalias da Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e fenocircmenos meteoroloacutegicos (NOBRE e SHUKLA 1996
LIEBMANN e MARENGO 2001 PEZZI e CAVALCANTI 2001) como as
Oscilaccedilotildees Multidecadais dos Oceanos
30
De acordo com Knight et al (2006) a Oscilaccedilatildeo Multidecadal do Oceano
Atlacircntico (OMA) estaacute relacionada com diversas variaccedilotildees multidecadais observadas no
clima de algumas porccedilotildees dos continentes banhados por esse oceano No Oceano
Atlacircntico existem variaccedilotildees atmosfeacutericas como a Oscilaccedilatildeo do Atlacircntico Norte (OAN)
que podem tambeacutem influenciar na variabilidade da MAS devido a oscilaccedilotildees na
temperatura do oceano que geram fases frias ou quentes que podem durar de 20 a 40
anos (ANDREOLI e KAYANO 2004 KERR 2000)
Os sistemas de alta pressatildeo localizados em torno de 30ordm de latitude nos
principais oceanos do planeta podem ser chamados de Altas Subtropicais do Atlacircntico
Sul (ASAS) Elas estatildeo associadasa circulaccedilatildeo meacutedia meridional da atmosfera ou mais
especificadamente agrave ceacutelula de Hadley no Hemisfeacuterio Sul A circulaccedilatildeo da ASAS
transporta umidade do oceano Atlacircntico Sul em direccedilatildeo a bacia amazocircnica O bloqueio
imposto ao escoamento pela cordilheira dos Andes fortalece a circulaccedilatildeo desviando-a
para sul a leste dos Andes em direccedilatildeo aos subtroacutepicos com ventos maacuteximos ocorrendo
nas proximidades da Boliacutevia
A Alta Subtropical do Atlacircntico Sul (ASAS) eacute de grande importacircncia para o
clima da Ameacuterica do Sul afetando o clima do Brasil tanto no inverno como no veratildeo
quando estaacute mais caracterizada e posicionada No veratildeo o transporte de umidade nos
baixos niacuteveis ao longo da Zona de Convergecircncia do Atlacircntico Sul (ZCAS) eacute afetado
pela circulaccedilatildeo associada a ASAS Jaacute no inverno ela impede que as frentes entrem e
causem inversatildeo teacutermica e concentraccedilatildeo de poluentes nos principais centros urbanos
De acordo com Varejatildeo-Silva (2001) em virtude da posiccedilatildeo semifixa do
anticiclone do Atlacircntico Sul o regime de ventos predominantes no Brasil fica
condicionado agraves atividades desse centro de accedilatildeo Em janeiro a regiatildeo Centro-Oeste eacute
varrida por ventos de N e NE do anticiclone do Atlacircntico e em julho o regime dos
ventos eacute bastante semelhante havendo intensificaccedilatildeo dos ventos de NE na regiatildeo
Centro-Oeste
Linhas de instabilidade (LI) satildeo formaccedilotildees de nuvens de tempestade alinhadas
conectadas por uma regiatildeo estratiforme que podem se estender por quilocircmetros e satildeo
capazes de produzir ventos fortes e pequenos tornados Elas fazem parte das
tempestades multicelulares descritas na literatura (WEISMAN e KLEMP 1986
31
COTTON e ANTHES 1989 HOUZE 1993 SILVA et al 2008 ALCAcircNTARA et al
2014 COSTA 2014) e satildeo aglomerados de nuvens do tipo cumulonimbus (CBrsquos) de
vaacuterios tamanhos que se agrupam em curvas e linhas A convergecircncia ao longo da borda
principal dispara o desenvolvimento de novas correntes ascendentes atraacutes e ao longo da
frente da rajada de forma que novas ceacutelulas evoluem e em sua retaguarda por uma
nuvem na forma de ldquobigornardquo que em geral produz precipitaccedilatildeo do tipo estratiforme
Segundo Costa (2014) a topografia da regiatildeo Centro-Oeste do Brasil tem influecircncia
marcante na organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo em linha jaacute a direccedilatildeo e intensidade do
escoamento de grande escala satildeo determinantes para a definiccedilatildeo do grau de severidade
dos sistemas convectivos
Oliveira (1986) usando imagens de sateacutelites geoestacionaacuterios entre 1979-1984
certificou que os sistemas frontais normalmente se associam e interagem com
convecccedilatildeo tropical embora nem todos esses sistemas o faccedilam com a mesma
intensidade Durante a primavera-veratildeo do HS eles se posicionam de preferecircncia sobre
a parte central do continente sul-americano com seu eixo no sentido NW-SE Os
sistemas frontais (SF) estatildeo associados com grandes variaccedilotildees do vento gradiente com a
altura influenciam principalmente o sul sudeste e centro-oeste do Brasil
Os Voacutertices Ciclocircnicos de Altos Niacuteveis (VCANs) satildeo caracterizados por
apresentarem um centro mais frio do que a sua periferia Eles podem ser classificados
como de tipo Palmeacutem e Palmer Estes tipos diferem um do outro de acordo com o lugar
e a eacutepoca de formaccedilatildeo Os do tipo de Palmeacutem satildeo mais frequentes no veratildeo e originam-
se em latitudes meacutedias No Brasil esse tipo de sistema eacute encontrado na regiatildeo Nordeste
poreacutem pode ocorrer de atingir a aacuterea mais ao norte e nordeste da regiatildeo centro-oeste do
Brasil Os aspectos observacionais sobre sua formaccedilatildeo e deslocamento foram
documentados por Kousky e Gan (1981) Gan (1982) e Ramiacuterez et al (1999) Os
voacutertices do tipo Palmeacutem satildeo formados em latitudes subtropicais e satildeo observados na
primavera e no inverno Quando um cavado de latitudes meacutedias que penetra nos
troacutepicos com uma inclinaccedilatildeo meridional bem acentuada essa inclinaccedilatildeo faz com que a
sua parte norte que tem a velocidade de deslocamento menor atrase-se ateacute desprender-
se completamente Consequentemente forma-se uma circulaccedilatildeo fechada nessa parte
(PALMEacuteM 1949) Tipicamente apoacutes cruzarem a Cordilheira dos Andes eles
deslocam-se sobre o Paraguai Argentina Sul Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e
32
muitas das tempestades severas que ocorrem nestes lugares Brasil tem sido associadas agrave
VCAN (CAVALCANTI 1985 GAN 1982 KOUSKY e GAN 1981 RAMIacuteREZ et al
1996 NECCO 1989 SILVA DIAS et al 1991) Um dos primeiros estudos a respeito
de VCAN foi feito por Palmer (1951) Os VCAN satildeo definidos como sistemas fechados
de baixa pressatildeo de escala sinoacutetica que se formam na alta troposfera (GAN 1982)
tambeacutem chamados como baixas frias pois apresentam centro mais frio que a periferia
Os voacutertices ciclocircnicos de ar frio que se formam na retaguarda de algumas frentes frias
estatildeo frequentemente associados a significativos totais de precipitaccedilatildeo (MATSUMOTO
et al 1982)
32 Caracterizaccedilatildeo dos Tornados
Dentre os fenocircmenos atmosfeacutericos classificados como extremos os tornados satildeo
ainda pouco estudados pela grande dificuldade de registro Isso ocorre devido a sua
raacutepida atuaccedilatildeo e pela falta de equipamentos necessaacuterios para a identificaccedilatildeo correta do
mesmo Contudo apesar de toda dificuldade de monitoramento e registros no Brasil
algumas pesquisas foram desenvolvidas no paiacutes (DYER 1988 1994 SILVA DIAS e
GRAMMELSBACHER 1991 MASSAMBANI et al 1992 ANTOcircNIO 1997
NECHET 2002 MARCELINO et al 2002) Na maioria dos casos o fenocircmeno soacute eacute
registrado quando presenciado por algueacutem ou fotografado Frequentemente satildeo
catalogados como eventos severos de granizo e vendaval que promovem perdas
materiais ou vidas
De acordo com Doswell (1997) o tornado eacute caracterizado como uma nuvem em
forma de funil que liga a base de uma nuvem cumulonimbus agrave superfiacutecie terrestre
sendo que o ar em movimento que o manteacutem tem forccedila suficiente para causar vaacuterios
danos em superfiacutecie Eles estatildeo associados com tempestades severas que se
desenvolvem em ambientes instaacuteveis e se formam na base de sistemas convectivos
tambeacutem denominados de superceacutelulas (Figura 33)
Historicamente a previsatildeo da intensidade e localizaccedilatildeo das tempestades
convectivas requer esforccedilos por parte dos meteorologistas especialmente relacionada
com condiccedilotildees extremas como chuvas intensas ventos fortes e granizo Esse tema tem
alcanccedilado cada vez mais importacircncia devido agrave ameaccedila incontestaacutevel agraves atividades
33
humanas em especial agrave navegaccedilatildeo aeacuterea e setores relacionados agrave geraccedilatildeo de energia
agricultura e seguranccedila puacuteblica
As tempestades severas tecircm sido registradas mais frequentemente nos uacuteltimos
anos No entanto o conhecimento sobre formaccedilatildeoe avaliaccedilatildeo dos riscos apesar muito
altos jaacute quepodem causar chuvas fortes vendavais tornados granizos e inundaccedilotildees e
consequentemente transtornos socioeconocircmicos eacute ainda bastante limitado Uma maior
compreensatildeo dos mecanismos de formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo dos sistemas severos depende de
caracteriacutesticas geograacuteficas do local de ocorrecircncia De acordo com Doswell e Borsat
(2000) a definiccedilatildeo de tempo severo depende do que estaacute sendo considerado como
severo jaacute que depende de criteacuterios especiacuteficos que variam com o tipo do fenocircmeno
Para granizo o criteacuterio usado eacute o diacircmetro para as rajadas de vento eacute a velocidade
Contudo se o fenocircmeno eacute o tornado em quase todos os casos eacute considerado severo
com exceccedilatildeo daqueles que se formam na aacutegua denominados de Tromba drsquoAacutegua
Esses sistemas se formam a partir das nuvens cumulonimbus ou de tempestades
que se apresentam como ceacutelula uacutenica multicelular ou superceacutelula Nos sistemas
multicelulares as ceacutelulas interagem entre si fazendo com que a corrente de ar
descendente de uma ceacutelula possa intensificar a corrente ascendente de outras Jaacute as
superceacutelulas satildeo consideradas as maiores nuvens e possuem correntes de ar com forte
movimento giratoacuterio Elas estatildeo relacionadas a fortes cisalhamentos do vento e alto grau
de instabilidade atmosfeacuterica Cisalhamento de vento eacute um fenocircmeno meteoroloacutegico que
ocorre quando haacute uma mudanccedila do vento em niacuteveis diferentes podendo ser horizontal
ou vertical
Segundo Marcelino et al (2003) o tornado eou tempestades associadas com
superceacutelulas representam fenocircmenos severos intensos Aleacutem disso investigaccedilotildees
realizadas no Brasil nos uacuteltimos anos confirmam que a ocorrecircncia de tempestades
severas natildeo eacute tatildeo rara como se presumiu por muito tempo Contudo apesar da
importacircncia a compreensatildeo do desenvolvimento e dos mecanismos de formaccedilatildeo destes
sistemas exige anaacutelises e estudos a partir de metodologias especiacuteficas visto que as
caracteriacutesticas ambientais variam de acordo com a localizaccedilatildeo geograacutefica
34
Figura 33 Esquema da formaccedilatildeo de um tornado (Fonte Why Files adaptado de
httpwhyfilesorg2014tornadoes-strike-again-how-do-they-work)
Os tornados podem ser classificados com base no tipo de superfiacutecie em que
ocorrem na aacutegua eacute denominado de tromba drsquoaacutegua (waterspout) na areia de tromba de
areia (landspout) e na superfiacutecie terrestre de tornado (tornado) ou podem ser
classificados quanto a sua intensidade calculada com a base nos danos que provocam
em superfiacutecie Segundo Marcelino et al (2002) dentre as classificaccedilotildees quanto a
intensidade dos tornados a escala Fujita ou F-escala eacute uma das mais aceitas e
utilizadas A relaccedilatildeo da intensidade dos tornados com a velocidade dos ventos e os
danos esperados em superfiacutecie pode ser observada no Quadro 31 Os tornados
geralmente satildeo acompanhados por outros fenocircmenos atmosfeacutericos tais como
vendavais precipitaccedilatildeo de granizo e precipitaccedilotildees pluviomeacutetricas intensas
(MENDONCcedilA e MONTEIRO 1997 SIMEONOV e GEORGIEV 2001)
Segundo Doswell III e Bosart (2000) os fatores em escala sinoacutetica que mais
contribuem para a formaccedilatildeo de atividade convectiva intensa giram em torno de trecircs
ingredientes baacutesicos movimentos verticais instabilidade e umidade Se haacute forccedilantes de
parcelas ascendentes entatildeo haveraacute convergecircncia de massa abaixo desses movimentos
verticais frequentemente ditos como frentes linhas de instabilidades etc Os autores
utilizam o termo ldquoevidecircncias sinoacuteticasrdquo (synoptically evident) para propor tais padrotildees
que satildeo associados a intensos tornados Essas evidecircncias se resumem em fortes
forccedilantes sinoacuteticas que satildeo associadas a uma energia potencial significativa com
35
cisalhamento vertical e forte escoamento na troposfera superior Essas condiccedilotildees
costumam ocorrer nos dias que antecedem os tornados intensos propondo a
possibilidade da ocorrecircncia dos mesmos
Quadro 31 Escala Fujita-Pearson de intensidade de tornados (Fonte Adaptada de
Fujita e Pearson 1973)
Escala Categoria Forccedila (kmh) Danos Esperados
F0 Fraco 65-116 Leves
F1 Fraco 119-177 Moderados
F2 Forte 180-249 Consideraacuteveis
F3 Forte 252-332 Severos
F4 Violento 335-418 Devastadores
F5 Violento 421-512 Incriacuteveis
33 Tornados no Brasil Ambiente Sinoacutetico e Tempestades geradoras de Tornados
Caracteriacutesticas de uma tempestade severa registrada em maio de 1994 na cidade
de Ribeiratildeo Preto (SP) foram analisadas por vaacuterios pesquisadores (SILVA DIAS et al
1996 MENEZES e SILVA DIAS 1998) Na anaacutelise da escala sinoacutetica foram
apresentados resultados que ressaltaram a existecircncia de um cavado invertido sobre o
Estado de Satildeo Paulo associado com a passagem de uma frente fria Esse cavado teve
papel essencial estabelecendo a divergecircncia e movimentos verticais fatores necessaacuterios
para gerar a instabilidade observada no evento Observou-se tambeacutem a presenccedila de uma
baixa desprendida em mesoescala sobre o Estado do Paranaacute o que favoreceu a
ocorrecircncia de vorticidade ciclocircnica na aacuterea de instabilidade
Silva Dias e Grammelsbacher (1991) em um estudo sobre a ocorrecircncia de
tornados em Satildeo Paulo mais precisamente nos municiacutepios de Franco da Rocha e Satildeo
36
Bernardo do Campo mostraram que ele estava associado agrave interaccedilatildeo de um sistema
frontal com um VCAN De modo geral sistemas de circulaccedilatildeo ciclocircnica desse tipo satildeo
caracterizados por ar frio na meacutedia e alta troposfera e por convergecircncia e movimentos
verticais subsidentes A atuaccedilatildeo do fenocircmeno causou danos no centro da cidade Os
registros mostram que cerca de 20 caminhotildees de carga se encontravam enfileirados
tombaram com a passagem do fenocircmeno severo A ldquonuvem funilrdquo foi descrita nos
relatos de quem presenciou o tombamento dos caminhotildees Caracteriacutesticas importantes
de tornados e trombas drsquoaacutegua registrados no Brasil satildeo descritas no Quadro 32
Quadro 32 Ocorrecircncias de tornados no Brasil (Fonte Adaptado de Cunha 1997)
DATA UF MUNICIacutePIO DANOS
Dia Mecircs Ano
14 09 1923 SP Chavantes e
Ourinhos
10 mortes 100 feridos e inuacutemeras fazendas destruiacutedas
31 08 1989 MS Ivinhema 16 mortes destruiu uma casa-clube onde havia 400
pessoas e atingiu o centro da cidade
30 09 1991 SP Itu
Atingiu a periferia da cidade 15 mortes 176 feridas 280
casas destruiacutedas 5 induacutestrias 3 escolas 2 postos de
gasolina 1 hotel e 20 torres de alta tensatildeo
17 05 1992 PR Almirante
Tamandareacute
6 mortes 33 feridas e 500 casas destruiacutedas
24 05 2004 SP Palmital 4 mortes 25 feridos
-- 05 2005 SP Indaiatuba 15 mortes casas arrancadas do chatildeo energia eleacutetrica
interrompida pela queda de aacutervores
08 09 2009 SC Santa Catarina 4 mortes 15 milhatildeo de pessoas sem energia no estado
21 09 2010 RS Gramado e
Canela
10 feridos 480 casas danificadas e mais de 250 aacutervores
arrancadas
22 09 2013 SP Taquarituba 2 mortes e mais de 64 feridos
01 10 2014 DF Brasiacutelia
Destruiccedilatildeo na aacuterea do aeroporto aacutervores arrancadas e
quedas de toldos no estacionamento atingindo vaacuterios
carros desvios de voos (pousos)
20 04 2015 SC Xanxerecirc 3 mortes e danos em mais de 30 da aacuterea urbana
19 11 2015 PR Marechal
Cacircndido Rondon
Inuacutemeros estragos na cidade mil residecircncias atingidas
empresas faacutebricas e escolas aacutervores arrancadas e postes
de energia danificados 20 feridos
A anaacutelise do ambiente em escala sinoacutetica nos periacuteodos de ocorrecircncia de tornados
permite uma compreensatildeo maior dos sistemas atmosfeacutericos atuantes que produzem
aacutereas de instabilidades intensas favoraacuteveis agrave geraccedilatildeo de fenocircmenos extremos como
tornados e trombas drsquoaacutegua
Se o ar estiver muito instaacutevel a nuvem cumulonimbus pode dar origem a
tornados que segundo Fujita (1981) satildeo formados a partir de intenso movimento
rotativo de colunas de ar ascendente expandindo-se na sua parte superior
37
De acordo com Orlanski (1975) os tornados estatildeo entre os sistemas
classificados na microescala que varia de centenas de metros ateacute 2 km com menos de
uma hora de duraccedilatildeo Vale salientar que a classificaccedilatildeo deste autor eacute baseada somente
no tamanho e no tempo de vida dos fenocircmenos
Embora nos estudos sobre ocorrecircncias de tornados a abordagem seja
predominantemente vinculada com anaacutelise de paracircmetros representativos de ambientes
em mesoescala (BRANDES 1978 1984 LEMON e DOSWELL III 1979 CARBONE
1983 HAGEMEYER e SCHMOCKER 1991 DAVIES et al 1994 BLUESTEIN e
PAZMANY 2000 STENSRUD 2001) eacute importante analisar tambeacutem e compreender
as condiccedilotildees sinoacuteticas que favorece no desenvolvimento desse tipo de fenocircmeno
(NEWTON 1963 JOHNS e DOSWELL 1992)
Rockwood e Maddox (1988) analisaram a intensidade da convecccedilatildeo que pode
gerar tornados granizo e outros fenocircmenos severos com a intenccedilatildeo de entender o grau
de interaccedilatildeo entre mecanismos atmosfeacutericos de grande e mesoescala Eles chegaram agrave
conclusatildeo que se a escala sinoacutetica apresenta circulaccedilotildees favoraacuteveis para formaccedilatildeo de
tempestades a convecccedilatildeo evolui dentro de um complexo de tempestades mais
organizado e intenso e com maior tempo de vida
No estudo de um episoacutedio de tornado que ocorreu na Argentina Schwarzkopf e
Rosso (1982) observaram advecccedilatildeo de umidade em baixos niacuteveis para a regiatildeo de
ocorrecircncia uma zona barocliacutenica estacionaacuteria na borda de uma frente fria e um cavado
em altos niacuteveis associado ao sistema frontal
34 Atividade Convectiva e Iacutendices de Instabilidade
De acordo com Hallak e Pereira Filho (2012) ldquoqualquer quantidade que estime o
potencial da atmosfera para atividade convectiva e que possa ser avaliado a partir de
dados obtidos por sondagens operacionais eacute um iacutendice de instabilidaderdquo Assim os
valores assumidos pelos iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica fornecem uma raacutepida
avaliaccedilatildeo da situaccedilatildeo termodinacircmica e do cisalhamento do vento em relaccedilatildeo agraves
condiccedilotildees convectivas no momento da aquisiccedilatildeo dos dados utilizados para o caacutelculo Os
iacutendices portanto transmitem uma ideia de previsatildeo de eventos convectivos severos
uma vez que tanto possibilidade quanto probabilidade satildeo conceitos estatiacutesticos
associados agrave previsatildeo de eventos
38
Entre os principais paracircmetros termodinacircmicos utilizados em avaliaccedilotildees da
influecircncia do grau de instabilidade associados com ocorrecircncias de eventos severos nas
regiotildees sul sudeste e centro-oeste do paiacutes destacam-se os TOTAL TOTALS (TT) o
SWEAT (Severe Weather Threat Index) (SW) e o SHOWALTER (SH)
O Iacutendice Total Totals (TT) eacute definido como a soma de dois iacutendices de
estabilidade o Cross Totals (CT) dados pela diferenccedila do niacutevel de umidade em 850 hPa
e a temperatura em 500 hPa e pelo Vertical Totals (VT) dado pelo lapse rate entre
niacuteveis de 850 e 500 hPa Este iacutendice agrupa trecircs informaccedilotildees baacutesicas a temperatura no
niacutevel de 500 hPa a taxa de variaccedilatildeo vertical da temperatura de niacuteveis meacutedios e a
umidade no niacutevel de 850hPa No geral os valores maiores do que 40 obtidos numa dada
sondagem indicam uma situaccedilatildeo favoraacutevel para ocorrer tempestades algumas horas mais
tarde e os valores acima de 45 indicam chances de haver tempestades severas Natildeo eacute
adequado analisar isoladamente o TT para previsatildeo convectiva uma vez que o lapse
rate alto em niacuteveis meacutedios pode levar a um valor de TT alto mesmo sem o
fornecimento de umidade em baixos niacuteveis (NASCIMENTO 2005) Este iacutendice eacute uacutetil
para avaliar o entranhamento de ar frio na troposfera meacutedia sendo relevante para
previsatildeo de eventos severos associados a queda de granizo
Iacutendice SWEAT (SW) eacute utilizado para tempestades de ordinaacuterias a severas Este
iacutendice eacute bastante elaborado e eacute composto a partir de cinco termos advecccedilatildeo quente
entre 850 e 500 hPa jatos de baixos niacuteveis jatos de altos niacuteveis instabilidade e umidade
nos baixos niacuteveis Ele agrupa informaccedilatildeo sobre a cinemaacutetica da atmosfera e as
estruturas termodinacircmicas sendo contudo desenvolvido para a previsatildeo especiacutefica de
potencial para tempestades severas como sugeridas por sua denominaccedilatildeo Valores
desse iacutendice acima de 300 satildeo considerados indicativos de tempestades severas
enquanto que valores acima de 400 indicam maior probabilidade de eventos tornaacutedicos
(MILLER 1972)
O Iacutendice Showalter (SH) foi um dos primeiros a serem desenvolvidos dado a
partir de trecircs paracircmetros a temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 500 hPa e a
temperatura de uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute
niacutevel de 500 hPa O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem
indicando estabilidade Ele denota apenas a instabilidade da camada e tem valores
39
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando haacute inversatildeo de temperatura entre os niacuteveis de 850 hPa e
500 hPa
35 Monitoramento de Sistemas Convectivos Aplicativos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR
O aplicativo Previsatildeo a Curto Prazo e Evoluccedilatildeo de Sistemas Convectivos
FORTRACC foi desenvolvido com o objetivo de obter a evoluccedilatildeo temporal e a
trajetoacuteria dos sistemas convectivos os quais em geral estatildeo associados com
precipitaccedilotildees intensas e com rajadas de vento sendo disponibilizados seus produtos
pelo Centro de Previsatildeo do Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) e Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (INPE) na forma operacional na Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) onde tambeacutem se pode realizar uma previsatildeo da evoluccedilatildeo de SCM
para ateacute duas horas A DSA concede a versatildeo diagnoacutestica do aplicativo que eacute utilizada
nas atividades de pesquisa
De acordo com Campos e Eichhloz (2011) eacute de grande importacircncia a utilizaccedilatildeo
do aplicativo FORTRACC em pesquisas que envolvam eventos severos O uso deste
aplicativo mostra uma contribuiccedilatildeo significativa na previsatildeo de SCM e para o
entendimento do tempo e clima Os estudos realizados por Campos e Eichhloz (2011)
apresentaram resultados aceitaacuteveis na identificaccedilatildeo de nuvens associadas agrave convecccedilatildeo
em diferentes regiotildees da Ameacuterica do Sul comportando assim acompanhar a evoluccedilatildeo
tanto das ceacutelulas convectivas imersas no sistema quanto dos SCM
Hidroestimador eacute um meacutetodo inteiramente automaacutetico que utiliza uma relaccedilatildeo
empiacuterica exponencial entre a precipitaccedilatildeo (estimada com radares) e a temperatura de
brilho do topo das nuvens (extraiacutedas do canal infravermelho do sateacutelite GOES-12)
gerando taxas de precipitaccedilatildeo em tempo real Atraveacutes da tendecircncia de temperatura da
nuvem (e informaccedilotildees de textura) eacute utilizado um ajuste da aacuterea coberta pela
precipitaccedilatildeo Variaacuteveis como aacutegua precipitaacutevel umidade relativa orografia paralax e
um ajuste do niacutevel de equiliacutebrio convectivo para eventos de topos quentes satildeo utilizadas
para ajustar automaticamente a taxa de precipitaccedilatildeo (SCOFIELD 2001)
O Hidroestimador foi desenvolvido a fim de resolver problemas antes gerados
pelo Auto-Estimador que era o fato de utilizar uma curva de tendecircncia de temperatura e
40
natildeo a informaccedilatildeo de textura (assumindo precipitaccedilatildeo zero para pixels na regiatildeo de baixa
variaccedilatildeo espacial sob a posiccedilatildeo que estatildeo os cirrus) Assim o Hidroestimador utiliza
diferentes modos para o caacutelculo de aacutereas de chuva e ausecircncia de chuva e novos ajustes
para o efeito da umidade disponiacutevel Alguns autores encontraram resultados
satisfatoacuterios em estudos de modelagem hidroloacutegica (BARRERA et al 2003 BARRERA
2007 SALDANHA et al 2007)
O modelo de estimativa implementado eacute uma adaptaccedilatildeo daquele utilizado pela
NEDIS (VICENTE et al 1998 e 2001) Este modelo passou por vaacuterias modificaccedilotildees e
para ser implementado operacionalmente na Divisatildeo de Sistemas e Sateacutelites Ambientais
(DSA) foi inteiramente adaptado para as condiccedilotildees e estrutura da precipitaccedilatildeo sobre a
Ameacuterica do Sul (VILA 2001)
36 Anaacutelise Multivariada
A teacutecnica multivariada eacute usada em diversas aacutereas cientiacuteficas com o intuito de
ldquolimparrdquo informaccedilotildees empiacutericas em seacuteries de dados de variaacuteveis distintas Na
climatologia e na meteorologia eacute muito usada para encontrar relaccedilotildees entre variaacuteveis
que expliquem o comportamento de fenocircmenos atmosfeacutericos A teacutecnica utilizada pode
ser por Anaacutelise de Componentes Principais (ACP) Anaacutelise de Agrupamento (AA)
Anaacutelise Fatorial (AF) Anaacutelise de Correspondecircncia ou Anaacutelise Discriminante (AD)
(SANTOS 2012)
Nas anaacutelises de padrotildees atmosfeacutericos que utilizam dados ambientais eacute muito
comum a existecircncia de variaacuteveis redundantes e a Anaacutelise Fatorial (AF) detecta a
existecircncia dessa redundacircncia de maneira que possibilita o reagrupamento das variaacuteveis
em um conjunto menor de fatores ou dimensotildees A utilizaccedilatildeo de AF neste trabalho foi
realizada atraveacutes do meacutetodo de extraccedilatildeo de fatores com base na Anaacutelise de
Componentes Principais (ACP) Essa teacutecnica consiste em reduzir os dados atraveacutes do
meacutetodo VARIMAX ou seja a amostra de dados originais eacute analisada a partir de um
nuacutemero pequeno de componentes ortogonais ou principais (CPs) O nuacutemero adequado
de CPs eacute escolhido pelo truncamento de Kaiser que considera como mais significativos
os autovalores cujos valores sejam superiores agrave unidade (GARAYALDEETAL et al
1986)
41
A AF tem sido amplamente utilizada em estudos hidroloacutegicos e climaacuteticos
Diniz (2007) fez um estudo sobre a Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo Francisco (BHSF)
com o objetivo de analisar o ambiente atmosfeacuterico responsaacutevel por enchentes
registradas nos anos de 1985 e 2004 aplicou-se a ACP em dois conjuntos de dados
compostos por dados do NCEP e registros de superfiacutecie e de ar superior a fim de
analisar mecanismos regionais e locais responsaacuteveis por formaccedilatildeo de cheias e sistemas
convectivos intensos para a regiatildeo do Rio Satildeo Francisco A anaacutelise foi realizada
separadamente para analisar padrotildees atmosfeacutericos de escala sinoacutetica e local Os
resultados mostraram que para o desenvolvimento de enchentes na regiatildeo os
mecanismos dinacircmicos em escala sinoacutetica tiveram influecircncia significativa
Santos et al (2010) analisaram o comportamento espaccedilo-temporal da
precipitaccedilatildeo em parte do Meacutedio e no Submeacutedio da Bacia Hidrograacutefica do Rio Satildeo
Francisco (BHSF) para determinar padrotildees atmosfeacutericos em grande escala associados
com eventos extremos de chuva e de cheias na regiatildeo semiaacuterida Foi empregada a
teacutecnica da ACP como principal ferramenta de anaacutelise e utilizaram dados
disponibilizados pela Agecircncia Nacional de Aacuteguas (ANA) do periacuteodo entre 1972 e 1986
em 101 postos pluviomeacutetricos distribuiacutedos no Meacutedio e Submeacutedio da BHSF Os
resultados mostraram que as trecircs primeiras componentes retidas apresentaram
particularidades sazonais da chuva evidenciando padrotildees associados com os principais
regimes pluviomeacutetricos e sistemas meteoroloacutegicos que influenciam o regime
hidroloacutegico da BHSF a configuraccedilatildeo espacial dos fatores mostrou forte correlaccedilatildeo entre
o primeiro fator e os meses de outubro a janeiro devido principalmente aos VCANS
evidenciando o periacuteodo chuvoso dessa regiatildeo o segundo fator mostra influecircncia direta
com os Distuacuterbios Ondulatoacuterios de Leste e Sistemas Frontais e o terceiro fator mostra a
correlaccedilatildeo entre a ZCIT com episoacutedios de VCAN
Santos (2012) analisou o comportamento da precipitaccedilatildeo na Bacia Hidrograacutefica
do Rio Satildeo Francisco (BHSF) para definir padrotildees atmosfeacutericos associados a eventos
extremos de chuva utilizando o RAI (Rainfall Anomaly Index) e associando agrave teacutecnica de
anaacutelise fatorial por componentes principais (ACP) O RAI foi calculado usando totais
mensais da precipitaccedilatildeo de 32 estaccedilotildees de superfiacutecie distribuiacutedas na BHSF referentes ao
periacuteodo de 1961 a 2008 provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET)
a teacutecnica da ACP foi aplicada ao conjunto de valores mensais do RAI para analisar
padrotildees temporais e espaciais de fenocircmenos hidroloacutegicos extremos na bacia Os
42
resultados mostraram que ao analisar eventos extremos hidroloacutegicos na BHSF a
aplicaccedilatildeo do meacutetodo RAI foi eficiente natildeo apenas na determinaccedilatildeo da duraccedilatildeo e
intensidade dos eventos como tambeacutem na definiccedilatildeo da aacuterea atingida pelo fenocircmeno E
a ACP aplicada ao RAI permitiu detectar viacutenculos entre configuraccedilotildees espaciais de
anomalias de precipitaccedilatildeo na BHSF e padrotildees atmosfeacutericos que influenciam a
intensidade e distribuiccedilatildeo das chuvas mostrando-se eficiente na identificaccedilatildeo de
mecanismos dinacircmicos que explicam diferentes regimes pluviomeacutetricos observados na
BHSF
43
4 DADOS E METODOLOGIA
41Aacuterea de Estudo
Brasiacutelia (15deg50rsquo16S 47deg42rsquo48W) estaacute localizada na regiatildeo centro-oeste do
Brasil no Distrito Federal (Figura 41) abrangendo uma aacuterea de 5779999 kmsup2 e
apresenta um clima do tipo tropical de altitude segundo a classificaccedilatildeo Koumlppen-Geiger
(BARRETO 2008) com verotildees uacutemidos e chuvosos e invernos secos e relativamente
frios A temperatura meacutedia anual eacute de aproximadamente 21ordmC e a umidade relativa do
ar de 70 chegando a 20 ou menos nos meses de inverno (INMET 2013)
Figura 41 Imagem da localizaccedilatildeo geograacutefica do Distrito Federal (com destaque para a
regiatildeo de estudo Brasiacutelia-DF) pertencendo ao Estado de Goiaacutes (Fonte Governo de
Goiaacutes extraiacutedo de httpgoias-cidadesblogspotcombr201412goias-formacao-
historica-geografica-ehtml)
44
42 Seleccedilatildeo do periacuteodo de estudo
As anaacutelises desenvolvidas neste trabalho foram concentradas no periacuteodo entre 15
de setembro e 15 de outubro de 2014 Do ponto de vista cientiacutefico o caso surgiu como
um desafio visto que esse foi o primeiro fenocircmeno registrado em Brasiacutelia-DF Outros
fenocircmenos mais intensos ocorrem mais nas regiotildees Sul e Sudeste do Brasil dificultando
a detecccedilatildeo eou visualizaccedilatildeo de elementos meteoroloacutegicos fundamentais para a
compreensatildeo de padrotildees atmosfeacutericos associados com sistemas convectivos intensos e
tempo severo O registro de tempo severo no dia 01 de outubro foi caracterizado pela
presenccedila de rajadas de vento granizo e destruiccedilatildeo no entorno no aeroporto de Brasiacutelia-
DF Os dados observacionais e a infraestrutura disponiacutevel para monitoramento da
convecccedilatildeo indicaram com clareza a formaccedilatildeo e evoluccedilatildeo do fenocircmeno Uma das aacutereas
especialmente afetada pelo vendaval e queda de granizo inclui o Aeroporto
Internacional de Brasiacutelia cujos danos materiais levaram agrave interrupccedilatildeo de pousos e
decolagens (httpwwwcorreiobraziliensecombr) em virtude dos estragos no terminal
aeacutereo
43 Dados
Para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram utilizados os seguintes
dados
Totais diaacuterios de Precipitaccedilatildeo e Temperatura provenientes do Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) disponiacutevel em lt httpwwwinmetgovbrportal gt
Mensagens METARSPECI para os meses setembrooutubro confeccionadas a
partir de observaccedilotildees meteoroloacutegicas feitas no Aaeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek em Brasiacutelia e disponibilizadas na paacutegina eletrocircnica da
Rede de Meteorologia do Comando da Aeronaacuteutica (REDEMET) Disponiacutevel
em lthttpwwwredemetaermilbrgt Neste estudo foram usados dados diaacuterios
de Temperatura nuvens Cumulonimbus (CB) Nuvens com base abaixo de 3000
peacutes Intensidade do Vento e Pressatildeo
45
Dados de ar superior provenientes de sondagens atmosfeacutericas realizadas em
Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC obtido na paacutegina eletrocircnica do Departamento de
Ciecircncias Atmosfeacutericas da Universidade de Wyoming ndash EUA para o periacuteodo de
15 de Setembro a 15 de Outubro lthttpweatheruwyoedugt
Perfis Termodinacircmicos plotados no Diagrama Skew T Log-P incluindo valores
dos iacutendices de instabilidade Sweat Total Totals e Showalter Disponiacutevel em
lthttpweatheruwyoedugt
Imagens do Radar banda S do GamaDF (CAPPI 3100 km e MAXCAPPI)
obtidas no dia 01 de outubro de 2014 para analisar a atividade convectiva
(tornado) registrada em Brasiacutelia disponiacutevel em
lthttpwwwredemetaermilbrgt
Fotografias tiradas in situ no dia da formaccedilatildeo do tornado disponiacutevel em lt
httpwww1folhauolcombr gt
Imagens do Sateacutelite GOES-13 obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas
Ambientais (DSA) do Centro de Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos
(CPTEC) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Disponiacuteveis
em lt httpsatelitecptecinpebrhomenovoSiteindexjsp gt
Imagens dos aplicativos numeacutericos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
obtidas da Divisatildeo de Sateacutelites e Sistemas Ambientais (DSA) do Centro de
Previsatildeo de Tempo e Estudos Climaacuteticos (CPTEC) O aplicativo FORTRACC
(VILA et al 2008) no modo diagnoacutestico foi utilizado como uma ferramenta
auxiliar para acompanhar a estrutura do evento extremo (tornado)
acompanhando o seu ciclo de vida que estava no entorno do aeroporto de
Brasiacutelia disponiacutevel emlthttpsigmacptecinpebrfortraccgt E o
HIDROESTIMADOR foi utilizado para verificar a taxa de precipitaccedilatildeo
registrada em vaacuterios horaacuterios no dia 01 de outubro de 2014 disponiacutevel em
lthttpsigmacptecinpebrprec_satgt
46
44 Metodologia
441 Radar Gama
Imagens do radar Gama (CAPPI e MAXCAPPI) localizado na cidade do Gama-
DF foram utilizadas com o objetivo de monitorar e avaliar a intensificaccedilatildeo de sistemas
convectivos que se desenvolveram na regiatildeo
As imagens possibilitam aleacutem de uma classificaccedilatildeo qualitativa simples da
evoluccedilatildeo da atividade convectiva no periacuteodo de formaccedilatildeo do tornado quantificar a
intensidade da chuva (taxa de precipitaccedilatildeo) entre muito fraca a forte mas
principalmente detectar os sistemas convectivos e monitorar a evoluccedilatildeo e organizaccedilatildeo
no decorrer do tempo
442 Aplicativos FORTRACC e HIDROESTIMADOR
O aplicativo FORTRACC (Forecasting and Tracking of Active Cloud Clusters)
foi usado para acompanhar o deslocamento e evoluccedilatildeo dos sistemas convectivos no
periacuteodo de formaccedilatildeo e desenvolvimento do tornado O uso desse aplicativo permite
obter informaccedilotildees sobre caracteriacutesticas fiacutesicas das ceacutelulas convectivas imersas nos
sistemas sinoacuteticos e assim acompanhar o seu ciclo de vida completo
O produto final deste aplicativo exibe uma escala na qual eacute possiacutevel identificar o
estaacutegio de desenvolvimento eou a intensidade desses sistemas Onde a cor verde indica
que o sistema estaacute em dissipaccedilatildeo (desintensificando) a cor amarela indica que o sistema
se apresenta estaacutevel e a cor vermelha eacute indicativo de intensificaccedilatildeo (VILA et al 2008
MACEDO et al 2005)
O Hidroestimador foi usado com o propoacutesito de estimar a chuva convectiva e a
intensidade dela de acordo com a base das nuvens e a temperatura de brilho no topo das
nuvens Extraiacutedas a partir de informaccedilotildees retiradas da paacutegina eletrocircnica do CPTEC
httpsigmacptecinpebrprec_sat
Os produtos mostrados na paacutegina eletrocircnica do DSA exibem a precipitaccedilatildeo
estimada na imagem GOES mais recente recebida pela DSA e a precipitaccedilatildeo acumulada
47
durante o periacuteodo entre 1200 horas do dia anterior e 1200 horas do dia atual A
ausecircncia de produtos em uma determinada hora ou em um determinado dia eacute
consequecircncia da falta de imagens GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo do
CPTEC
Considerando que o FORTRACC se trata de um aplicativo que monitora e
identifica as nuvens convectivas e que o modelo HIDROESTIMADOR permite estimar
a taxa de precipitaccedilatildeo associada a essas nuvens os dois aplicativos foram utilizados
como ferramentas complementares na realizaccedilatildeo deste trabalho
443 Anaacutelise Fatorial (AF) por Componentes Principais (CP)
A anaacutelise de componentes principais (ACP) eacute uma teacutecnica da estatiacutestica
multivariada capaz de transformar um conjunto de variaacuteveis originais em outro conjunto
de variaacuteveis da mesma dimensatildeo denominadas de componentes principais Essa anaacutelise
eacute associada a ideia de diminuiccedilatildeo da massa de dados com uma pequena perda de
informaccedilatildeo A teacutecnica pode ser usada para agrupamento de indiviacuteduos e para geraccedilatildeo de
iacutendices Ela agrupa os indiviacuteduos conforme sua variaccedilatildeo de maneira que os indiviacuteduos
sejam agrupados segundo suas variacircncias ou seja segundo seu comportamento dentro
da populaccedilatildeo que eacute representado pela variaccedilatildeo do conjunto de caracteriacutesticas que define
um individuo logo a teacutecnica agrupa os indiviacuteduos de uma populaccedilatildeo segundo a
variaccedilatildeo de suas caracteriacutesticas
De acordo com Preisendorfer (1988) essa teacutecnica foi utilizada por ser um
meacutetodo de reduccedilatildeo de dados com a vantagem de que a maacutexima variacircncia pode ser
explicada pela classificaccedilatildeo de autovetores associados aos maiores autovalores da
matriz de correlaccedilatildeo logo a amostra de dados originais pode ser analisada a partir de
um nuacutemero pequeno de componentes independentes entre si (ortogonais)
Segundo Moita Neto e Moita (1998) a ACP se baseia na teacutecnica de reescrever as
coordenadas das amostras em outro sistema de eixo mais conveniente para a anaacutelise ou
seja as n variaacuteveis originais geram atraveacutes de suas combinaccedilotildees lineares n
componentes principais cuja principal caracteriacutestica aleacutem da ortogonalidade eacute de que
satildeo obtidos em ordem decrescente de maacutexima variacircncia ou seja a primeira componente
principal deteacutem mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a segunda componente principal que
48
por sua vez mostra mais informaccedilatildeo estatiacutestica que a terceira componente principal e
assim sucessivamente Este meacutetodo permite a reduccedilatildeo da dimensionalidade dos pontos
representativos das amostras
De acordo com a matriz de dados X (n indiviacuteduos x p caracteres) cujas variaacuteveis
possuem meacutedia E(xj)=m(j) e variacircncia V(x)=s(j) j= 1p pode-se obter a matriz de
variacircncia e covariacircncia S sendo assim
(4)
Considerando a matriz X com valores centrados e Xt sua matriz transposta e n eacute
o nuacutemero de indiviacuteduos ou estaccedilotildees Normalizando a matriz das variaacuteveis x1 x2 x3
xp normalizadas (meacutedia zero e variacircncia um) atraveacutes da meacutedia e do desvio padratildeo a
matriz variacircncia e covariacircncia seraacute igual agrave matriz de correlaccedilatildeo R dada por
(5)
Sendo a matriz R uma matriz de correlaccedilatildeo simeacutetrica e positiva de dimensatildeo (p x
p) seraacute diagonalizaacutevel por uma matriz ortogonal A de mudanccedila de base denominada de
matriz dos autovetores Com isso a matriz diagonal D cujos elementos diagonais satildeo os
autovalores de R eacute obtida por
(6)
Em que A-1 eacute a inversa da matriz A
As CPrsquos U UU12p satildeo obtidas por combinaccedilotildees lineares entre a transposta
dos autovetores de At e a matriz de observaccedilotildees X isto eacute
(7)
Os valores Xi do n-eacutesimo local podem ser estimados pela seguinte expressatildeo
49
(8)
Em que as variaacuteveis de Up eacute o conjunto dos autovetores de X ordenados por
ordem decrescente dos autovalores mais significativos de a em k a qual seja
(9)
O melhor ajuste das componentes eacute feito atraveacutes da explicaccedilatildeo da variacircncia pela
ordem crescente dos autovalores A soma dos valores proacuteprios eacute a soma das variacircncias
centradas e normalizadas Assim a porcentagem da variacircncia dos autovalores em ordem
decrescente que eacute dada por
(10)
O meacutetodo de rotaccedilatildeo ortogonal usado foi o VARIMAX que maximiza a
variacircncia em cada componente A correlaccedilatildeo entre a i-eacutesima variaacutevel original e a i-
eacutesima componente principal eacute dada por
(11)
que ija eacute o j-eacutesimo elemento do i-eacutesimo autovetor e i λ o i-eacutesimo autovalor
A partir desses caacutelculos feitos acima eacute feita uma anaacutelise da contribuiccedilatildeo de cada
componente principal pela proporccedilatildeo de variacircncia total explicada pelo componente
Com essa informaccedilatildeo podemos decidir quantos componentes iratildeo ser utilizados na
anaacutelise isto eacute quantos componentes seratildeo utilizados para diferenciar os indiviacuteduos Natildeo
existe um modelo estatiacutestico que ajude nesta decisatildeo Para aplicaccedilotildees em diversas aacutereas
do conhecimento o nuacutemero de componentes utilizadas tem sido aquele que acumula
70 ou mais de proporccedilatildeo da variacircncia total
Em seguida eacute feita uma interpretaccedilatildeo de cada componente atraveacutes da verificaccedilatildeo
do grau de influecircncia que cada variaacutevel X tem sobre a componente Y O grau de
50
influecircncia eacute dado pela correlaccedilatildeo entre cada Xj nas componentes Yj Se o objetivo de
anaacutelise eacute comparar ou agrupar indiviacuteduos a anaacutelise continua e eacute necessaacuterio calcular os
escores para cada componente principal
Neste trabalho na teacutecnica de Anaacutelise Fatorial por componentes principais eacute
utilizado o programa computacional SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
no modo P logo em seguida os autovalores encontrados foram submetidos agrave rotaccedilatildeo
VARIMAX assim obtendo as variaacuteveis mais correlacionadas e que foram essenciais
para o favorecimento da formaccedilatildeo do evento extremo que ocorreu no dia 01 de outubro
de 2014 no Aeroporto Internacional de Brasiacutelia
444 Seleccedilatildeo e definiccedilatildeo das variaacuteveis
O grupo de variaacuteveis usado na anaacutelise estatiacutestica foi constituiacutedo pelos dados
horaacuterios extraiacutedos das mensagens METAR elaboradas no Aeroporto Internacional de
Brasiacutelia no periacuteodo entre 15 de setembro e 15 de outubro de 2014 com resoluccedilatildeo de
uma hora As variaacuteveis escolhidas foram Temperatura do ar (T) Intensidade do Vento
subdividida em classes denominadas de fraca (de 0 a 5 noacutes) (VT (0-5)) e intensidade
forte (de 16 a 39 noacutes incluindo rajadas de vento) (VT(16-39)) Percentagem de nuvens
cumulonimbus (CB) percentagem de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
(NVlt3000peacutes) e os Iacutendices de Instabilidade (SWEAT (SW) SHOWALTER (SH) e
TOTAL TOTALS (TT))
Caacutelculo das variaacuteveis
A Temperatura meacutedia diaacuteria do ar eacute foi calculada usando equaccedilatildeo (12)
(12)
Em que
Tm eacute a temperatura meacutedia diaacuteria (degC)
Ti eacute a temperatura do ar em cada mensagem METARSPECI (degC)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A Intensidade do Vento considerando intervalos de 0 (zero) a 5 (cinco) noacutes e
entre 16 (dezesseis) a 39 (trinta e nove) noacutes foi determinada utilizando a equaccedilatildeo (13)
51
(13)
Em que
Vm eacute a velocidade meacutedia diaacuteria do vento
Vi eacute a velocidade do ar em cada mensagem METARSPECI (ms)
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
A percentagem diaacuteria de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo
Cumulonimbus (CB) e das Nuvens com base abaixo de 3000 peacutes foi calculada
utilizando as equaccedilotildees (14) e (15)
(14)
Em que
Pm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de ocorrecircncia de nuvens convectivas do tipo CB
Pi satildeo os valores de nuvens convectivas do tipo CB em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
E
(15)
Nm satildeo os valores meacutedios diaacuterios de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes
Ni satildeo os valores de nuvens com base abaixo de 3000 peacutes em cada mensagem
METARSPECI
n eacute o nuacutemero de mensagens registradas no dia
O Iacutendice Total Totals (TT) introduzido por MILLER (1972) eacute dado por
TT = T850 + Td850 - 2 T500 (16)
Em que
T850 eacute a temperatura no niacutevel de 850hPa
Td850 eacute a temperatura do ponto de orvalho no niacutevel de 850hPa
T500 eacute a temperatura no niacutevel de 500hPa
52
O iacutendice TT combina trecircs informaccedilotildees baacutesicas o Lapse Rate (LR) de niacuteveis
meacutedios umidade ambiental em 850 hPa e a temperatura ambiental em 500 hPa De
uma forma geral valores de TT a partir de 40degC indicam situaccedilotildees favoraacuteveis a
tempestades e acima de 50degC indicam chances de tempestades severas (Quadro 41)
Entretanto como ressaltado em HENRY (1987) analisar isoladamente o TT para a
previsatildeo convectiva natildeo eacute adequado uma vez que um LR alto em niacuteveis meacutedios pode
levar a um TT alto mesmo sem o suporte de umidade em baixos niacuteveis
Quadro 41 Valores do Iacutendice TT para as latitudes meacutedias (Fonte MILLER 1972)
Iacutendice Total Totals Ocorrecircncia
TT lt 43 Tempestades improvaacuteveis
43 lt TT lt 44 Tempestades isoladas
45 lt TT lt 46 Tempestades dispersas
47 lt TT lt 48 Tempestades dispersas e severas isoladas
49 lt TT lt 50 Tempestades dispersas e tornados isolados
51 lt TT lt 52 Tempestades dispersas numerosas e tornados isolados
53 lt TT lt 55 Tempestades numerosas e tornados isolados
TT gt 56 Tornados
O Iacutendice SWEAT (SW) eacute frequentemente utilizado em centros operacionais
como indicador de ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de tempestades severas
(Quadro 42) Trata-se de um iacutendice bastante elaborado jaacute que envolve caracteriacutesticas
fundamentais em termos de estrutura dinacircmica e termodinacircmica da atmosfera para
desenvolvimento de tempestades Umidade nos baixos niacuteveis instabilidade jato de
baixos niacuteveis jato de altos niacuteveis e advecccedilatildeo quente entre 850 e 500hPa Eacute calculado
com base na equaccedilatildeo (17)
SW = 12Td850+20(TT-49) +2V (850) +V (500) +125(S+02) (17)
Em que
TT eacute o valor do iacutendice Total Totals
53
S eacute funccedilatildeo da diferenccedila de direccedilatildeo entre o vento de 500 e o de 850hPa
Td eacute a temperatura do Ponto de Orvalho no niacutevel de 850 hPa
V(500) eacute o Vento no niacutevel de 500 hPa
V(850) eacute o Vento no niacutevel de 850 hPa
Quadro 42 Valores do Iacutendice SWEAT para latitudes meacutedias (NASCIMENTO 2005)
Iacutendice SWEAT Potencial para Tempestades Severas
SWEAT le 300 Sem potencial para Tempestades Severas
300 lt SWEAT le 400 Potencial para Tempestades Severas
SWEAT gt 400 Potencial para Tornados
O Iacutendice Showalter (SH) eacute calculado conforme expresso na equaccedilatildeo (18)
atraveacutes da diferenccedila entre a temperatura do ar no niacutevel de 500 hPa e a temperatura de
uma parcela que sobe adiabaticamente desde o niacutevel de 850 hPa ateacute o niacutevel de 500 hPa
SH = T500 - Tparcela (18)
Em que
T500 eacute a temperatura em 500 hPa
Tparcela eacute a temperatura em 500 hPa de uma parcela que subiu desde o niacutevel de 850 hPa
Este iacutendice tambeacutem pode ser determinado utilizando diagramas termodinacircmicos
A partir da temperatura do ar (meacutedio) no niacutevel de 850 hPa sobe pela adiabaacutetica seca que
passa por esse ponto ateacute atingir o Niacutevel de Condensaccedilatildeo por Levantamento (NCL)
Desde o NCL continua-se pela adiabaacutetica saturada ateacute o niacutevel de 500 hPa A
temperatura nesse niacutevel eacute denominada Tparcela A diferenccedila (T500 ndash Tparcela) com seu sinal
eacute o iacutendice S O iacutendice eacute positivo quando Tparcela estaacute a esquerda da sondagem indicando
estabilidade O iacutendice Showalter denota a instabilidade da camada e tem valores
negativos quando haacute umidade e calor no niacutevel de 850 hPa e ar frio em 500 hPa O iacutendice
natildeo eacute representativo quando entre os niacuteveis de 850 hPa e 500 hPa existe uma inversatildeo
de temperatura Tem-se a seguir o Quadro 43 com os valores de ocorrecircncia de tornados
54
Quadro 43 Valores do Iacutendice Showalter para latitudes meacutedias (Fonte
httpwwwredemetaermilbrArtigosinst_form_conect_sbglpdf)
Iacutendice SHOWALTER Probabilidade de Tornados
3 ateacute 1 Possiacuteveis tornados
0 ateacute -3 Instaacutevel provaacuteveis tornados
-4 ateacute -6 Muito instaacutevel potencial de tornados fortes
lt -6 Extremamente instaacutevel potencial de tornados violentos
A temperatura potencial (θ) a temperatura potencial equivalente (θe) a
temperatura potencial equivalente saturada (θes) foram calculadas atraveacutes das equaccedilotildees
propostas por Bolton (1980) da seguinte forma
(19)
Em que
T eacute a temperatura do ar (ordmC)
P eacute a pressatildeo atmosfeacuterica (hPa)
(20)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
r eacute a razatildeo de mistura em gkg
TL eacute a temperatura do niacutevel de condensaccedilatildeo por levantamento em graus Kelvin e eacute dada
por essa equaccedilatildeo
(21)
Em que
55
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
Ln eacute o logaritmo natural matemaacutetico
(22)
Em que
θ eacute a temperatura potencial
Tk = T + 27315 temperatura absoluta (K)
r eacute a razatildeo de mistura saturada em gkg
45 Criteacuterios e organizaccedilatildeo dos dados para utilizaccedilatildeo da ACP
Conforme mencionado anteriormente o grupo de dados coletados no Aaeroporto de
Brasiacutelia foi estruturado a partir de informaccedilotildees extraiacutedas de mensagens METAR e
SPECI Inicialmente as informaccedilotildees foram decodificadas e organizadas em planilha do
EXCEL Em seguida essas informaccedilotildees foram processadas para serem utilizadas nas
anaacutelises estatiacutesticas (Anaacutelise Fatorial por ACP) Para facilitar a anaacutelise foi necessaacuterio
fazer alguns ajustes de denominaccedilatildeo principalmente no grupo de registros da
intensidade do vento No processo de organizaccedilatildeo e classificaccedilatildeo dos dados utilizaram-
se os seguintes criteacuterios
1 A variaacutevel representativa do grupo de vento com intensidade de 0 a 5 noacutes foi
denominado ldquoVT(0-5)rdquo
2 A variaacutevel representativa dogrupo de vento com intensidade de 16 a 39 noacutes
incluindo rajadas foi denominado ldquoVT(16-39)rdquo
3 A variaacutevel representativa da percentagem de nuvens cumulonimbus (CB) foi
denominada ldquoCBrdquo
Eacute importante ressaltar tambeacutem que entre as informaccedilotildees de tempo significativo
na aacuterea do aeroporto de Brasiacutelia no episoacutedio analisado (tornado) as mais frequentes
tinham relaccedilotildees com ambientes de instabilidade tais como
(1) - RA (chuva fraca)
(2) - TS (chuva com trovoadas)
(3) - TSRA (chuva fraca e trovoada)
56
(4) - VCTS (Trovoadas na vizinhanccedila)
(5) - VCSH (pancadas na vizinhanccedila)
(6) - GRRA (chuva com granizo)
(7) - RETS (trovoadas recentes)
57
5 RESULTADOS
Neste capiacutetulo satildeo apresentados os resultados das anaacutelises feitas com base nos
registros de precipitaccedilatildeo iacutendices de instabilidade atmosfeacuterica campos de precipitaccedilatildeo
via radar imagens do sateacutelite GOES perfis termodinacircmicos construiacutedos a partir de
sondagens efetuadas em Brasiacutelia-DF e da aplicaccedilatildeo da anaacutelise fatorial por componentes
principais aos dados de superfiacutecie provenientes de mensagens METAR elaboradas no
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia Presidente Juscelino Kubitschek (SBBR)
Para detectar processos meteoroloacutegicos especiacuteficos responsaacuteveis pela formaccedilatildeo
do tornado registrado no dia 1 de outubro de 2014 os resultados das anaacutelises estatiacutesticas
foram comparados com padrotildees de atividade convectiva obtidos a partir das imagens
realccediladas do sateacutelite GOES 13 das imagens geradas pelos algoritmos FORTRACC e
HIDROESTIMADOR e dos campos de precipitaccedilatildeo (CAPPI e MAXCAPPI) do radar
situado em GAMA-DF
51 Anaacutelise Observacional
Os histogramas apresentados na Figura 51 permitem comparar a evoluccedilatildeo diaacuteria
da precipitaccedilatildeo e da temperatura registradas em setembro e outubro de 2014 com o
padratildeo climaacutetico em Brasiacutelia-DF Observa-se que a Temperatura Meacutedia Mensal (Figura
51a) para o mecircs de setembro foi acima da meacutedia em praticamente todo o mecircs ficando
abaixo apenas nos dias 5 a 9 jaacute para o mecircs de outubro variou abaixo da meacutedia nos dias
5 7 26 e 27 A Precipitaccedilatildeo Meacutedia Mensal (Figura 51b) para os meses de setembro e
outubro ficaram abaixo da meacutedia
O total pluviomeacutetrico registrado na primeira quinzena de outubro concentrou-se
nos dois primeiros dias (dia em que ocorreu o tornado) A temperatura atingiu 2408ordmC
(Figura 51d) elevando 248degC acima da meacutedia histoacuterica que eacute de 216degC (Figura 51a)
A sazonalidade eacute bem definida na regiatildeo com temperaturas elevadas no periacuteodo uacutemido
e mais amenas no periacuteodo seco (inverno)
O regime de chuva em Brasiacutelia eacute bem definido com precipitaccedilatildeo meacutedia anual de
aproximadamente 1552 miliacutemetros (mm) Praticamente toda chuva ocorre no periacuteodo de
58
outubro a abril (Fig 51b) Entre maio e setembro a capital federal pode passar de dois
a trecircs meses sem chuva sendo o auge da estiagem em junho (Figura 51b) Nos periacuteodos
mais quentes do ano observa-se a maior concentraccedilatildeo de chuvas enquanto nos menos
quentes nota-se a reduccedilatildeo da pluviometria As chuvas registradas em outubro de 2014
se concentraram em poucos dias do mecircs (nove dias) a meacutedia climatoloacutegica eacute 167 mm
(Figura 51b) e no mecircs em que ocorreu o tornado essa meacutedia foi ultrapassada para 201
mm equivalendo a 24 da sua normal climatoloacutegica (Figura 51f)
Figura 51 (a) Histograma da Meacutedia Mensal de Temperatura (meacutedia climatoloacutegica) (b)
Histograma da Meacutedia Mensal da Precipitaccedilatildeo (meacutedia climatoloacutegica) (c) Histograma do
total diaacuterio de temperatura de setembro em Brasiacutelia ndash DF (d) Histograma do total diaacuterio
de temperatura de outubro em Brasiacutelia ndash DF (e) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de setembro em Brasiacutelia ndash DF (f) Histograma do total diaacuterio da
precipitaccedilatildeo de outubro em Brasiacutelia ndash DF
59
52 Relaccedilatildeo entre a intensidade do vento em superfiacutecie e a formaccedilatildeo do tornado
Medidas horaacuterias da direccedilatildeo e intensidade do vento em superfiacutecie realizadas
entre o periacuteodo de 15 de setembro a 15 de outubro de 2014 incluindo periacuteodos normais
e episoacutedios extremos permitiram avaliar o comportamento meacutedio desta variaacutevel e
relacionar com o evento extremo A Figura 52 ilustra o comportamento da direccedilatildeo e
intensidade do vento agrave superfiacutecie no aeroporto Internacional de Brasiacutelia nos dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro As informaccedilotildees de tempo significativo contidas no
METAR (incluindo tambeacutem informaccedilotildees de SPECI) indicam um aumento na
intensidade do vento antes do tornado o que pode ser detectado nas imagens (CAPPI)
do radar (Figura 58) estudadas mais na frente No dia 30 de setembro observa-se alta
frequumlecircncia (35) no quadrante Noroeste (NW) (270deg a 360deg) O primeiro quadrante
(entre 0deg a 90deg) eacute visivelmente predominante (355) no dia do episoacutedio extremo
(01102014) Jaacute no dia 0210 observa-se uma alta frequecircncia (433) no quadrante
(90deg a 180deg) mas tambeacutem se podem observar registros em outras direccedilotildees
Observou-se que no dia que antecedeu o tornado (3009) a intensidade do vento
chegou a aproximadamente 30 kt No dia em que ele ocorreu (0110) a intensidade do
vento atingiu os valores mais altos (entre 30 e 40 kt incluindo rajadas de vento)
exatamente no periacuteodo em que haacute a formaccedilatildeo do tornado (entre 1730 e 1800 UTC ou
seja 1430 e 1500 HL) coincidindo com caracteriacutesticas peculiares de ambientes de
tempo severo identificados nas imagens de radar e discutidos em detalhes
posteriormente Esse comportamento foi evidente no periacuteodo da tarde entre 1700 e
1800 UTC (14 e 15 HL) Agraves 1730 UTC a direccedilatildeo do vento foi de 240deg e com
intensidade meacutedia de 39 kt e incluindo rajadas Foi registrada chuva fraca com
trovoadas na aacuterea do aeroporto chuva com granizo nuvens CB (cumulonimbus) e
reduccedilatildeo significativa da visibilidade no aeroacutedromo A visibilidade de 10000 m
registrada agraves 1700 UTC posteriormente reduziu para 100 m agraves 1725 UTC No dia
seguinte o maior registro de intensidade do vento foi agraves 2100 UTC de 23 kt
60
Figura 52 Frequecircncia da direccedilatildeo e evoluccedilatildeo temporal (UTC) da intensidade do vento
em noacutes (kt) para os dias 30 de setembro 01 e 02 de outubro de 2014
As ceacutelulas convectivas desenvolvidas na aacuterea do Aeroporto Internacional
Juscelino Kubitschek causaram precipitaccedilatildeo intensa com queda de granizo Em
decorrecircncia disso ocorreram danos no aeroporto Entre as consequecircncias mais
importantes eacute possiacutevel destacar danos nos toldos do estacionamento que caiacuteram em
cima de carros (Figura 53bc) e desvios de vocircos para aeroportos mais proacuteximos A
Figura 53 (a) ilustra a nebulosidade associada ao tornado no seu estaacutegio maduro
caracterizado pela nuvem funil atingindo a superfiacutecie
61
(a) (b)
(c) (d)
Figura 53 Fotografias do tornado (a) e dos danos associados ao fenocircmeno na aacuterea do
aeroporto de Brasiacutelia ndash DF (b c d) para o dia 01102014 (Fonte Folha UOL 2014)
53 Anaacutelise da evoluccedilatildeo temporal da nebulosidade para o dia do tornado
O padratildeo de nebulosidade observado na sequecircncia de imagens do sateacutelite GOES
13 apresentadas na Figura 54 representa um indicativo de que o tornado observado no
dia 01 de outubro pode ter resultado da passagem de um sistema frontal identificado no
canto inferior direito das imagens A quantidade de nuvens distribuiacutedas ao longo do
continente e no Oceano Atlacircntico indica forte atividade convectiva e na escala das
temperaturas de brilho os valores mais baixos estatildeo associados com atividade
convectiva intensa o que seraacute visto melhor na Figura 55
Nas imagens de sateacutelites meteoroloacutegicos existem uma forma de nebulosidade
que eacute associada a baixas desprendidas muito conhecida como nuvens padratildeo viacutergula
invertida (para o Hemisfeacuterio Sul) Essas nuvens satildeo observadas na retaguarda de frentes
62
frias associadas com ventos fortes precipitaccedilatildeo e tempo de vida curto (REED 1979
BONATI e RAO 1987 HALLAK 2000) o que pode ser observado com mais clareza
nas imagens de radar apresentadas mais a seguir na Figura 58
Segundo informaccedilotildees do Boletim Agro Mensal (2014) o tempo estava bem
instaacutevel favorecendo o desenvolvimento de nuvens profundas e com probabilidade de
ocorrecircncia de tempestade severa Este ambiente contribuiu para a formaccedilatildeo do tornado
A estaccedilatildeo automaacutetica do INMET mediu ventos de ateacute 95 kmh na hora do evento
severo Houve ainda registro de chuva de granizo no entorno do Distrito Federal
63
Figura 54 Temperatura de brilho (ordmK) para o dia 01 de outubro de 2014 (a) 1730
UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (e) 1930 UTC (d) 1900 UTC) (e) 1930 UTC
e (f) 2000 UTC que ilustra a formaccedilatildeo de nuvens sobre a regiatildeo de Brasiacutelia-DF (Fonte
CPTEC 2014)
64
As imagens realccediladas do sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014 no
horaacuterio das 1730 UTC agraves 2000 UTC satildeo apresentadas na Figura 55 e foram usadas
com o objetivo de detectar com maior precisatildeo as aacutereas que apresentam maior atividade
convectiva e ilustrar a sua evoluccedilatildeo temporal Observa-se extensas aacutereas de
nebulosidade profunda indicando atividade convectiva intensa do Amazonas Acre
Mato Grosso Goiaacutes Minas Tocantins (indicado pelas cores de temperatura nos tons
azul escuro e rosa) observa-se tambeacutem a ZCIT que estaacute localizada na parte superior de
todas as imagens (indicado pelas cores de temperatura nos tons azul escuro azul claro
laranja)
Na regiatildeo de estudo o aumento da nebulosidade e intensificaccedilatildeo da convecccedilatildeo eacute
mais nitidamente observado no periacuteodo entre 1730 e 2000 UTC e indica que na aacuterea
do Distrito Federal a atividade convectiva eacute influenciada pelo aquecimento radiativo Eacute
possiacutevel observar o desenvolvimento de CBs cujas temperaturas no topo dessas nuvens
atingem valores da ordem de -60degC -70degC -80degC Eacute possiacutevel observar tambeacutem aacutereas
extensas com nuvens profundas cuja distribuiccedilatildeo eacute mostrada pela atuaccedilatildeo de um sistema
frontal localizado na extremidade inferior direita das imagens (indicado pelas cores de
temperatura nos tons azul claro amarelo e laranja) De acordo com o INMET a
passagem desse sistema frontal influenciou na formaccedilatildeo do tornado No entanto apesar
do realce nas imagens facilitar a interpretaccedilatildeo e monitoramento de aacutereas com tempo
instaacutevel a baixa resoluccedilatildeo no canal infravermelho impede o monitoramento e evoluccedilatildeo
dos sistemas convectivos na aacuterea de Brasiacutelia e consequentemente a previsatildeo eou
prognoacutestico de temporais associados com sistemas em escala local
65
Figura 55 Imagens realccediladas do sateacutelite GOES 13 no canal infravermelho (IR)
ilustrando a evoluccedilatildeo temporal da atividade convectiva para o dia 01 de outubro de
2014 (a) 1730 UTC (b) 1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC
(f) 2000 UTC A hora local (HL) eacute HL = UTC ndash 3 horas (Fonte
httpsigmacptecinpebr)
66
Conforme mencionado na metodologia o monitoramento do ciclo de vida das
ceacutelulas convectivas evoluccedilatildeo e trajetoacuteria dos SC (sistemas convectivos) satildeo mais
perceptiacuteveis atraveacutes do radar meteoroloacutegico ou de imagens resultantes da utilizaccedilatildeo do
aplicativo FORTRACC A intensificaccedilatildeo da atividade convectiva eacute perceptiacutevel na
sequecircncia das imagens geradas pelo FORTRACC apresentada na Figura 56
Figura 56 Imagens geradas pelo FORTRACC em 01102014 (a) 1730 UTC (b)
1800 UTC (c) 1830 UTC (d) 1900 UTC (e) 1930 UTC (f) 2000 UTC A escala de
cores corresponde ao estado de evoluccedilatildeo de sistemas convectivos severos (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
67
No periacuteodo entre 1730 e das 1800 UTC (Figura 56ab) verifica-se um aumento
significativo do nuacutemero de nuacutecleos convectivos realccedilados na cor vermelha (tonalidade
que caracteriza o estado de intensificaccedilatildeo) Este resultado eacute coerente com as
informaccedilotildees obtidas das imagens de sateacutelite GOES-13 para o dia 01 de outubro de 2014
(Figura 55)
Ainda segundo os resultados do FORTRACC eacute possiacutevel observar que entre
1730 e 1900 UTC a atmosfera parece bastante instaacutevel na regiatildeo de estudo Agraves 1800
UTC a cor predominantemente vermelha observada dos nuacutecleos convectivos situados na
regiatildeo do Distrito Federal indica que os processos atmosfeacutericos associados com a
formaccedilatildeo do tornado estatildeo em estaacutegio de intensificaccedilatildeo Posteriormente agraves 1830 UTC
tem-se o estado de maturaccedilatildeo das ceacutelulas Somente agraves 2000 UTC a imagem assinala a
dissipaccedilatildeo do sistema (tonalidade verde)
Estes resultados indicam que a utilizaccedilatildeo do FORTRACC no modo diagnoacutestico
representa efetivamente um meacutetodo eficaz no monitoramento de sistemas convectivos
No entanto a baixa resoluccedilatildeo das imagens impede a precisatildeo necessaacuteria para estimar a
localizaccedilatildeo exata dimensatildeo e durabilidade das ceacutelulas convectivas associadas com o
desencadeamento do tempo severo (formaccedilatildeo do tornado)
Segundo CLIMANAacuteLISE (2014) as chuvas ocorridas no mecircs de outubro na
Regiatildeo Centro-Oeste foram devidas basicamente a aacutereas de instabilidades ora
formadas pela interaccedilatildeo entre o calor e alta umidade ora devido agrave passagem de um
sistema frontal A circulaccedilatildeo do vento nos altos niacuteveis da atmosfera tambeacutem favoreceu a
ocorrecircncia de temporais em alguns municiacutepios
54 Evoluccedilatildeo do tornado na aacuterea de cobertura do radar meteoroloacutegico do Gama-
DF
Dados coletados na estaccedilatildeo meteoroloacutegica de superfiacutecie do Aeroporto de
Brasiacutelia situado na regiatildeo de formaccedilatildeo do tornado (F0) pemitiu avaliar a evoluccedilatildeo
temporal de algumas das variaacuteveis meteoroloacutegicas fundamentais na previsatildeo de tempo
severo Mudanccedilas ambientais significantes foram identificadas considerando
principalmente variaccedilotildees bruscas no vento pressatildeo e na temperatura comumente
68
associadas com a passagem de tornados A seacuterie de dados revela uma queda de
temperatura simultacircnea ao aumento da intensidade do vento entre 1725 UTC e 1740
UTC conforme indicado na Figura 57 pelo siacutembolo F0 Outro dado relevante detectado
na evoluccedilatildeo temporal das variaacuteveis meteoroloacutegicas eacute a variaccedilatildeo brusca da pressatildeo em
superfiacutecie entre 1600 UTC e 1845 UTC Valores maacuteximos de vento satildeo observdos em
associaccedilatildeo com mudanccedilas bruscas da pressatildeo Agraves 1730 UTC a pressatildeo em superfiacutecie
atinge o valor miacutenimo de 1017 hPa com ventos de 39 kt Agraves 1800 UTC a pressatildeo atinge
o valor maacuteximo de aproximadamente 1020 hPa com ventos da ordem de 38 kt
Figura 57 Evoluccedilatildeo temporal da intensidade do vento (V) pressatildeo (P) temperatura do
ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td) observadas na estaccedilatildeo de superfiacutecie do
Aeroporto Internacional de Brasiacutelia-DF O siacutembolo F0 indica o periacuteodo em que foram
registrados a formaccedilatildeo e danos intensos na regiatildeo do aeroporto A escala variaacutevel no
eixo das abscissas varia entre agraves 1600 e 2100 UTC
Antes da passagem do tornado o vento variou muito pouco (entre 5 e 10 kt)
assim como as curvas T e Td mostrando que a atmosfera estava uacutemida e a Pressatildeo alta
Na medida em que estaacute se aproximando da hora do tornado a temperatura sobe e a
69
pressatildeo diminui que eacute denominado de mesobaixas e isso coincide com o primeiro pico
de vento forte (40 kt) logo depois a temperatura diminui e a pressatildeo aumenta o que se
pode chamar de mesobaixas e eacute onde acontece o seu segundo pico de vento forte
incluindo tambeacutem rajadas de vento
Na sequecircncia de imagens do radar meteoroloacutegico do Gama (1720 UTC agraves 1910
UTC) apresentada na Figura 58 obtidas no dia de formaccedilatildeo do tornado eacute possiacutevel
observar a evoluccedilatildeo das ceacutelulas precipitantes padratildeo de organizaccedilatildeo e periacuteodo de
maacutexima atividade convectiva A mudanccedila no padratildeo de distribuiccedilatildeo espacial das ceacutelulas
precipitantes organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo e desenvolvimento de nuacutecleos intensos eacute mais
visiacutevel no periacuteodo ilustrado entre 1730 agraves 1910 UTC Sistemas convectivos
organizados em linhas em forma de arcos referenciados na literatura como ldquoBow
Echosrdquo satildeo claramente detectados na aacuterea da cobertura do radar
Na regiatildeo do Aeroporto de Brasiacutelia eacute possiacutevel observar nuacutecleos com taxas de
precipitaccedilatildeo da ordem de 50 dBZ evidenciando a ocorrecircncia de tempo severo Limiares
acima de 45 dBZ eacute indicativo de correntes ascendentes intensas e presenccedila de granizo
A organizaccedilatildeo da chuva convectiva no formato de um gancho (hook echo) denominado
eco de gancho (aacuterea em tons vermelhos na regiatildeo de Brasiacutelia) eacute evidente e estaacute indicado
pela seta branca no CAPPI das 1750 UTC (Fig 58d) Essa configuraccedilatildeo eacute uma
caracteriacutestica marcante na tela do radar Doppler e constitui forte indiacutecio da formaccedilatildeo de
tornados Segundo a concessionaacuteria que administra o terminal pousos e decolagens
foram suspensos agraves 1426 HL (17h26 UTC) As operaccedilotildees aeroportuaacuterias foram
normalizadas agraves 1553 HL (18h53 UTC)
Na literatura o termo claacutessico Bow Echo (BE) eacute usado para descrever sistemas
convectivos na forma de arcos detectados por radar meteoroloacutegico que pode ser
indicado pela seta branca Podem se formar a partir de ceacutelulas simples linhas de
instabilidade ou proveniente de uma superceacutelula (Figura 58i) No entanto independente
da caracteriacutestica inicial esses sistemas estatildeo frequentemente associados com ventos
severos e queda de granizo (Klimowski et al (2004) Apresentam extensatildeo horizontal
que varia de 20 a 200 km e podem durar entre 3 e 6 horas O desenvolvimento de
voacutertices (mesoaltas e mesobaixas) em superfiacutecie eacute considerado como uma caracteriacutestica
marcante de ambientes de BE
70
Figura 58 Imagens do radar do Gama-DF para o dia 0110 2014 agraves (a) 1720 UTC
(b) 1730 UTC (c) 1740 UTC (d) 1750 UTC (e) 1800UTC e (f) 1810 UTC A
escala de cores indica o grau de severidade das ceacutelulas convectivas A simbologia
mostrada pela seta branca indica a passagem do tornado onde na tela do radar eacute
indicado por um arco (Fonte Adaptado da REDEMET)
71
Figura 58 Conclusatildeo
72
As imagens de radar apresentadas na Figura 59 (MAXCAPPI) fornecem as
projeccedilotildees cartesianas nas direccedilotildees vertical norte-sul e leste-oeste dos valores maacuteximos
de refletividade (taxa de precipitaccedilatildeo) e indicam intensa atividade convectiva
proveniente de ceacutelulas profundas na aacuterea do aeroporto
Esses resultados satildeo coerentes com resultados encontrados por outros
pesquisadores (GOMES e HELD 2006 WALDVOGEL et al 1979) utilizando
meacutetodos de anaacutelise semelhantes Ceacutelulas convectivas com intensidades maiores que 45
DBZ indicam alta probabilidade de ocorrecircncia de granizo e rajadas e constituem
evidecircncias suficientes para que um previsor experiente antecipe o prognoacutestico de tempo
severo e emita alertas para regiotildees sob a influecircncia de atividade convectiva intensa
(a) (b)
Figura 59 Imagens de refletividade (MAXCAPPI) do radar meteoroloacutegico do Gama
em 01102014 nos horaacuterios (a) 1746 Z e (b) 1756 Z O siacutembolo da aeronave indica a
posiccedilatildeo dos aeroportos na aacuterea do radar e as cores representam a escala em dBZ (Fonte
Adaptado da REDEMET)
A sequecircncia de imagens da intensidade de chuva para o dia 01 de outubro das
1730 agraves 1900 UTC obtida pelo aplicativo Hidroestimador eacute apresentada na Figura
510 Verifica-se que natildeo eacute possiacutevel localizar informaccedilotildees que indiquem ocorrecircncia de
chuva intensa registrada na aacuterea de estudo Esse resultado indica que a eficiecircncia do
aplicativo tem forte relaccedilatildeo com a escala espacial dos sistemas precipitantes
Particularmente na situaccedilatildeo em estudo o aplicativo subestima a taxa de precipitaccedilatildeo
73
convectiva registrada Esse resultado eacute mais evidente se comparado com a taxa de
precipitaccedilatildeo indicada nas imagens de radar (Figura 58)
Figura 510 Imagens obtidas pelo aplicativo Hidroestimador para o dia 01 de outubro
de 2014 A escala de cores representa a taxa de precipitaccedilatildeo dada em mmhora (Fonte
httpsigmacptecinpebrfortracc)
55 Estrutura vertical da atmosfera
As mudanccedilas na estrutura vertical do conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua e da temperatura
estatildeo diretamente associadas com o grau de estabilidade da atmosfera e
consequentemente com o potencial de desenvolvimento de convecccedilatildeo profunda Esta
condiccedilatildeo pode ser analisada com base nos valores de iacutendices de instabilidade e do
comportamento vertical da temperatura e umidade do ar
Dados de sondagens realizadas em Brasiacutelia-DF permitiram analisar a eficiecircncia
dos principais iacutendices de instabilidade utilizados em setores operacionais como
74
indicadores do desenvolvimento de eventos de tempo severo bem como no diagnoacutestico
de atividade convectiva local Com esse intuito utilizaram-se perfis termodinacircmicos e
iacutendices de instabilidade obtidos a partir do uso conjunto de diagramas termodinacircmicos
ldquoSkew-T Log-Prdquo e dados de sondagens atmosfeacutericas realizadas no periacuteodo de 15 de
setembro a 15 de outubro de 2014
A evoluccedilatildeo temporal dos perfis obtidos entre 15 de setembro e 11 de outubro de
2014 pode ser observada na Figura 511 onde por falta de dados o dia 05 de outubro
natildeo foi incluiacutedo na figura O afastamento das curvas T e Td acima de 600 hPa
observado em praticamente todo periacuteodo analisado define um padratildeo peculiar
caracterizado pela secagem nos niacuteveis meacutedios da atmosfera e representa um aspecto
relevante da estrutura vertical da atmosfera em Brasiacutelia-DF Este padratildeo eacute alterado de
forma significante basicamente apenas no periacuteodo de ocorrecircncia do evento extremo
entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro quando se observa um aumento da
umidade do ar que eacute indicado pela aproximaccedilatildeo entre as curvas de T e Td nos niacuteveis
abaixo de 600 hPa
No iniacutecio da segunda quinzena do mecircs de setembro verificam-se valores de
CAPE considerados extremamente baixos Entre os dias 15 e 19 de setembro o CAPE eacute
de 000 JKg Nos dias seguintes observam-se variaccedilotildees substanciais nos valores deste
iacutendice entretanto sempre abaixo de 1000 Jkg O CAPE mais alto de 6859 JKg foi
registrado no dia que antecede o tornado No dia do evento (0110) o CAPE foi de 241
JKg A variabilidade observada no CAPE indica modificaccedilotildees na estrutura dinacircmica e
termodinacircmica da baixa troposfera No entanto esses valores satildeo considerados baixos
quando comparados com os limiares que indicam atividade convectiva moderada (1000
le CAPE le 2500)
A precipitaccedilatildeo observada na aacuterea de cobertura do radar do Gama para o dia
01102014 natildeo valida este resultado o que se pode observar que estes valores de CAPE
menores que 1000 JKg observados nesses dias mostraram que a utilizaccedilatildeo deste iacutendice
foi ineficiente como indicador do grau de instabilidade e consequentemente como
ferramenta na previsatildeo do tornado em estudo Resultado semelhante foi observado por
Costa (2014) em estudo sobre um episoacutedio extremo de precipitaccedilatildeo associado com a
atuaccedilatildeo de Linhas de Instabilidade
75
Em contrapartida os iacutendices Total Totals Sweat e Showalter foram estudados
separadamente e em conjunto (Figura 515) nesta seccedilatildeo estudamos eles separadamente
e analisamos seu comportamento e seus resultados atraveacutes dos quadros mostrados
anteriormente
A utilizaccedilatildeo do iacutendice Total Totals eacute particularmente uacutetil para identificar
ambientes convectivos favoraacuteveis agrave ocorrecircncia de tempestades severas Nos dias
analisados haacute valores altos acima de 48 entre os dias 30 de setembro e 02 de outubro
Este resultado indica alta probabilidade de tempestades dispersas e tornados isolados o
que pode ser comprovado no Quadro 41
O iacutendice Sweat eacute usado para identificar tempestades que variam de ordinaacuterias a
severas Neste estudo apenas no dia 22 de setembro o valor atingiu 3524 ou seja com
potencial para desenvolvimento de tempestades severas No entanto nos dias proacuteximos
ao dia do tornado esse valor chegou a 2084 indicando baixa probabilidade de eventos
tornaacutedicos para o periacuteodo estudado (Quadro 42)
O caacutelculo do iacutendice Showalter apresentou valores de -205degC 162degC e de
277degC para os dias 30 de setembro 01 de outubro (dia do tornado) e 02 de outubro
respectivamente ou seja o resultado indica que no dia que antecedeu o tornado e no dia
do evento severo a atmosfera encontrava-se instaacutevel e com probabilidade de formaccedilatildeo
de tornados (Quadro 43) Com isso chegamos a conclusatildeo que para a regiatildeo de
Brasiacutelia-DF os iacutendices Total Totals e Showalter mostraram que a atmosfera se
apresentava instaacutevel e com alta probabilidade para a ocorrecircncia de tornados enquanto
que o iacutendice Sweat foi ineficiente para identificar eventos tornaacutedicos
Perfis verticais das temperaturas potencial potencial equivalente e potencial
equivalente de saturaccedilatildeo elaboradas a partir de dados de sondagens realizadas em
Brasiacutelia-DF atraveacutes das equaccedilotildees propostas por Bolton (1980) para os dias 30 de
setembro 01 e 02 de outubro de 2014 satildeo apresentados na Figura 512 A queda com a
altura ilustrada pela inclinaccedilatildeo das curvas de θe e θes para o dia 01out indica uma
atmosfera convectivamente e condicionalmente instaacutevel Entretanto o afastamento
relativamente grande entre as curvas de θe e θes particularmente nos baixos niacuteveis
indica uma atmosfera com alto teor de vapor caracteriacutestica que inibe ocorrecircncia de
temporais
76
Figura 511 Perfis Verticais de Temperatura Temperatura do Ponto de Orvalho e do
Vento plotados no diagrama Skew-T Log P e valores dos iacutendices de instabilidade
(CAPE TT SW e SH) obtidos de sondagem de ar superior em setembro e outubro de
2014 em Brasiacutelia-DF agraves 12 UTC (Fonte weatheruwyoedu)
77
Figura 511 Conclusatildeo
78
Particularmente no dia 01 de outubro haacute um corte nos dados devido a
interrupccedilatildeo no envio de sinais enviados via raacutedio para estaccedilatildeo receptora com as
informaccedilotildees sobre vento temperatura pressatildeo umidade Com a passagem do tornado
soacute foi possiacutevel mediccedilotildees ateacute o niacutevel de 500 hPa Possivelmente a sonda foi danificada
em virtude da intensidade do vento Nos dias 30 de setembro e 02 de outubro as curvas
se encontram quando chegam ao niacutevel de 200 hPa devido a umidade que acaba
(a)
(b)
(c)
Figura 512 Perfis verticais da temperatura potencial (θ) potencial equivalente (θe) e
potencial equivalente de saturaccedilatildeo (θes) obtidos da sondagem realizada em Brasiacutelia agraves
12 UTC para os dias (a) 3009 (b) 0110 e (c) 02102014
79
56 Anaacutelise estatiacutestica
Na Tabela 51 satildeo apresentados os resultados da anaacutelise de componentes
principais (ACP) usando a rotaccedilatildeo VARIMAX Os autovalores variacircncias explicada e
acumulada de cada fator retido satildeo descritos detalhadamente Observa-se que foram
retidos trecircs fatores com poder de explicaccedilatildeo de aproximadamente 798 da variacircncia
dos dados originais A Tabela 51 mostra o peso de cada variaacutevel em relaccedilatildeo ao
conjunto de dados diaacuterios do dia 15 de setembro a 15 de outubro
A aplicaccedilatildeo dos testes de KAISER e BARTLETT permitiu avaliar a adequaccedilatildeo
dos dados na realizaccedilatildeo da anaacutelise fatorial O valor de KMO igual a 0625 indica que a
amostra selecionada eacute apropriada para aplicaccedilatildeo da teacutecnica Igualmente pode-se
concluir que o valor de BARTLETTlt 005 valida a anaacutelise (HAIR et al 1995)
Tabela 51 Valores Proacuteprios (autovalores) e porcentagens da Variacircncia Explicada e
Acumulada
Comp
Autovalores Cargas Cargas Rotacionadas
Total de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada Total
de
Variacircncia
Acumulada
1 3727 41406 41406 3727 41406 41406 2556 28404 28404
2 2314 25715 67122 2314 25715 67122 2535 28168 56572
3 1142 12691 79813 1142 12691 79813 2092 23241 79813
4 0610 6780 86592
5 0526 5845 92438
6 0272 3018 95456
7 0231 2563 98019
8 0170 1894 99913
9 0008 0087 100000
Com o objetivo de facilitar a identificaccedilatildeo de comportamentos similares e
consequentemente os fatores fiacutesicos responsaacuteveis pelas condiccedilotildees atmosfeacutericas extremas
no periacuteodo aleacutem de ilustrar melhor o grau de relaccedilatildeo entre as variaacuteveis e os fatores
optou-se por apresentar os resultados conforme descrito na Tabela 52 Foram retidos e
apresentados apenas os grupos de variaacuteveis com carga fatorial superior a 060 A
importacircncia relativa das variaacuteveis e do mecanismo dominante eacute determinada pela
80
variacircncia explicada por cada um dos fatores observados na Tabela 52 (respectivamente
284 281 e 232)
Eacute possiacutevel identificar um padratildeo de comportamento da atmosfera associado ao
primeiro fator (F1) definido pela presenccedila de um grupo de variaacuteveis formado pelo
VENTO (16 a 39 kt) CB e NUVEMlt3000peacutes (Tabela 52) A alta correlaccedilatildeo entre
essas variaacuteveis com cargas fatoriais elevadas no primeiro fator (F1) indica a presenccedila de
mecanismos necessaacuterios para evoluccedilatildeo de tempo severo acompanhado de chuva intensa
e vendaval Ventos intensos satildeo necessaacuterios para transportar vapor formaccedilatildeo de nuvens
e organizaccedilatildeo da convecccedilatildeo profunda
Tabela 52 Variaacuteveis em funccedilatildeo do grau de correlaccedilatildeo com os fatores F1 F2 e F3
Variaacuteveis Siacutembolo F1 F2 F3
SWEAT SW 0745
SHOWALTER SH -0924
TOTAL TOTALS TT 0895
VENTO(0A5) VT(0-5) 0856
VENTO(16A39) VT(16-39) 0831
CUMULONIMBUS CB 0898
TEMPERATURA T 0669
PRESSAtildeO PRESSAtildeO -0833
NUVEMlt3000peacutes NVlt3000 0851
O grupo de variaacuteveis com altas cargas fatoriais no F2 (Tabela 52) eacute constituiacutedo
pelos iacutendices Sweat (SW) Showalter (SH) e Total Totals (TT) A conexatildeo entre estes
paracircmetros reflete o grau de instabilidade e cisalhamento vertical da atmosfera
caracteriacutestica determinante para a compreensatildeo de mecanismos vinculados com o
episoacutedio de tempo severo registrado em 01 de outubro de 2014
O F3 (Tabela 52) foi responsaacutevel por 232 da variacircncia total dos dados
mostrando forte correlaccedilatildeo entre VENTO(0A5) T e PRESSAtildeO correlacionando
negativamente
A curva ScreePlot apresentada na Figura 513 permite relacionar o nuacutemero de
ordem de cada eixo com o valor proacuteprio que lhe estaacute associado A determinaccedilatildeo do
nuacutemero de grupos na ACP eacute feita de maneira visual utilizando-se a teacutecnica de ineacutercia
81
entre saltos Eacute possiacutevel reter apenas os eixos com nuacutemeros de ordem superiores aquele
que inicia a estabilizaccedilatildeo Foram retidas 3 componentes porque a partir da quarta a
variaccedilatildeo eacute muito pouca para as demais e a partir disso natildeo tem muito poder
explicativo
Figura 513 ScreePlot
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
primeiro fator e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 514
Figura 514 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do primeiro fator (F1) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
A seacuterie temporal dos escores para o primeiro fator (F1) deteacutem aproximadamente
284 da variaccedilatildeo total nos dados e mostra valores positivos superiores a 1 no dia em
que ocorreu o tornado e nos dias anterior e posterior relacionados positivamente com as
variaacuteveis VT16-39 (frequecircncia de ventos com intensidade entre 16 e 39 noacutes) CB
(frequecircncia de ocorrecircncia de nuvens do tipo cumulonimbus) e NVlt3000peacutes (frequecircncia
de nuvens com altura da base inferior a 3000 peacutes) A presenccedila de uma alta frequecircncia de
nuvens baixas e de CB associada com ventos fortes e rajadas em superfiacutecie nesse
periacuteodo formou um ambiente propiacutecio agrave ocorrecircncia de tempo severo como foi de fato
82
observado inclusive com granizo o que mostra que as nuvens eram muito profundas e
com fortes correntes de vento verticais ascendentes e descendentes em seu interior
Valores positivos maiores que 25 observados na seacuterie temporal associada ao
F1 nos dias 01 02 e 03 de outubro (Figura 514) evidenciam a relevacircncia das
variaacuteveis na evoluccedilatildeo das condiccedilotildees de tempo severo associado com o tornado A
severidade das ceacutelulas convectivas tem relaccedilatildeo direta com caracteriacutesticas do
cisalhamento vertical do vento Como Brasiacutelia tem uma altitude de aproximadamente
1200 metros a interaccedilatildeo dos mecanismos termodinacircmicos eacute muito forte entatildeo eacute um
ambiente bastante propiacutecio a formaccedilatildeo de CBs Essas condiccedilotildees tiveram fundamental
importacircncia para a ocorrecircncia do tornado
O diagrama ilustrando os grupos de variaacuteveis com maior carga fatorial no
segundo fator (F2) e a evoluccedilatildeo temporal dos escores eacute apresentada na Figura 515 A
segunda componente reteacutem aproximadamente 281 da variacircncia total dos dados
Figura 515 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do segundo fator (F2) (a) e a representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b) para outubro de 2014 (b)
Observa-se escores predominantemente positivos (negativos) com valores
acima (abaixo) de 1 (-1) no periacuteodo antes (apoacutes) a ocorrecircncia do tornado O segundo
fator (F2) estaacute relacionado com a instabilidade atmosfeacuterica atraveacutes de correlaccedilotildees
positivas com os iacutendices TOTAL-TOTALS (TT) e SWEAT e negativamente com o
iacutendice SHOWALTER A conexatildeo entre estes paracircmetros reflete caracteriacutesticas de
convecccedilatildeo local bastante eficientes para compreensatildeo de mecanismos vinculados ao
episoacutedio severo
83
O iacutendice TT eacute formado a partir de informaccedilotildees de temperatura e umidade entre
os niacuteveis de 850 e 500 mb e quanto maior o seu valor maior eacute a instabilidade
atmosfeacuterica e a possibilidade de ocorrecircncia de tornados e tambeacutem permite inferir sobre
a existecircncia de processos fiacutesicos relevantes na previsatildeo de granizo Nas latitudes
meacutedias um TT a partir de 49 jaacute indica a possibilidade de tornados isolados
Jaacute o iacutendice SWEAT aleacutem de considerar o TT em sua equaccedilatildeo tambeacutem utiliza
informaccedilotildees do vento entre os niacuteveis de 850 e 500 mb Valores maiores que 300 para
este iacutendice satildeo associados a forte instabilidade atmosfeacuterica e possibilidade de
tempestades severas enquanto que valores por volta de 400 ou superiores indicam a
possibilidade de tornados No entanto no episoacutedio que ocorreu em Brasiacutelia na
sondagem das 12 UTC nenhum valor atingiu 300 o que pode implicar que para aquela
regiatildeo os valores para os iacutendices de instabilidade possam ser diferentes dos utilizados
como referecircncia para as latitudes meacutedias O SHOWALTER utiliza informaccedilotildees da
atmosfera no niacutevel de 500 mb e quanto mais negativo for o seu valor maior eacute a
instabilidade na atmosfera mas vale ressaltar que em casos de inversatildeo teacutermica na
camada a sua representatividade eacute reduzida
A seacuterie temporal mostra escores com valores positivos significantes no periacuteodo
entre os dias 21 e 25 de setembro antes da formaccedilatildeo do tornado e valores negativos no
periacuteodo de 5 a 9 de outubro depois do tornado
Embora o escore para o dia do tornado natildeo tenha sido elevado os valores
observados individualmente para cada iacutendice nas seacuteries temporais mostram a presenccedila
de instabilidade atmosfeacuterica
A evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices de instabilidade relacionados com o F2 (Figura
516) mostra valores mais altos do TT nos dias que antecedem o evento severo (tornado)
e reduccedilatildeo desses valores no periacuteodo poacutes-tornado Esse comportamento indica que o
processo de convecccedilatildeo estaacute associado com precipitaccedilatildeo Eacute importante ressaltar que
numericamente estes valores satildeo extremamente baixos se comparados com os limiares
tradicionalmente utilizados em previsotildees de eventos convectivos severos (BLUESTEIN
1993)
O F3 (Figura 517) deteacutem 232 da variacircncia total dos dados e apresenta
correlaccedilatildeo negativa com a variaacutevel P (Pressatildeo) e positiva com as variaacuteveis VT0-5
(ventos entre 0 e 5 noacutes em superfiacutecie) e T (temperatura do ar) A pressatildeo e a
84
temperatura do ar satildeo inversamente proporcionais ou seja quanto maior a temperatura
menor seraacute sua pressatildeo
Figura 516 Evoluccedilatildeo temporal dos iacutendices TT e SWEAT
O comportamento inverso dos escores no periacuteodo antes e depois do evento entre
os dias 25 de setembro e 07 de outubro indicam a importacircncia da temperatura local na
compreensatildeo de processos atmosfeacutericos favoraacuteveis ao desenvolvimento do tornado
Verificam-se valores mais altos da temperatura nos dias que antecedem o registro do
evento severo enquanto que os valores miacutenimos dessa temperatura satildeo observados
depois do tornado provavelmente associados com precipitaccedilatildeo
Figura 517 Evoluccedilatildeo temporal dos escores do terceiro fator (F3) (a) e a Representaccedilatildeo
diagramaacutetica das cargas fatoriais (b)
Escores predominantemente positivos nos dias anteriores ao dia do tornado
indicam a presenccedila de ventos fracos aliados a temperaturas mais elevadas e baixas
85
pressotildees o que favorece a formaccedilatildeo de nuvens No entanto nos dias posteriores ao
evento os escores satildeo negativos e elevados Este resultado reflete a importacircncia do
padratildeo de comportamento da temperatura e da intensidade do vento no processo de
desenvolvimento e dissipaccedilatildeo do evento severo analisado
86
6 CONCLUSOtildeES
Os resultados desta pesquisa permitiram concluir que
- Extensas aacutereas de instabilidade associadas com variaccedilotildees substanciais na temperatura
do ar e rajadas de ventos de ateacute 39 kt permitiram a formaccedilatildeo do primeiro tornado
registrado em Brasiacutelia ndash DF classificado como pertencente agrave categoria F0 (mais fraco)
- Condiccedilotildees termodinacircmicas importantes como alto teor de umidade nos baixos niacuteveis e
alguns iacutendices convectivos importantes como o CAPE natildeo indicaram a possibilidade de
formaccedilatildeo de tornado
- Os produtos do FORTRACC contribuiacuteram de forma complementar na detecccedilatildeo
monitoramento do ciclo de vida de sistemas convectivos fundamental na avaliaccedilatildeo de
ambientes favoraacuteveis ao desenvolvimento de eventos severos de tempo Representa uma
ferramenta importante em estudos sobre evoluccedilatildeo da convecccedilatildeo em escala local e
regional
- O HIDROESTIMADOR foi pouco eficiente na estimativa da intensidade da
precipitaccedilatildeo associada com ceacutelulas convectivas isoladas
- As imagens do radar meteoroloacutegico do Gama foram decisivas na identificaccedilatildeo dos
sistemas convectivos severos tiacutepicos de ambientes com desenvolvimento de tornados
- Linhas de instabilidade curvas com ecos em forma de arcos (ldquoBOW echoesrdquo)
detectados pelo radar no auge do tempo severo com chuva intensa e danos em
superfiacutecie representam os indiacutecios mais fortes da ocorrecircncia do tornado registrado no
dia 01 de outubro de 2014 em Brasiacutelia-DF
- A aplicaccedilatildeo da ACP permitiu apontar os fatores decisivos para formaccedilatildeo do tornado
(F0) registrado em Brasiacutelia-DF
87
7 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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