Índices de Instabilidade Termodinâmica Aluno: Marcelo Vieira Universidade de São Paulo Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas IAG -USP

Índices de InstabilidadeÍndices de Instabilidade TermodinâmicaTermodinâmica

Aluno: Marcelo VieiraAluno: Marcelo Vieira

Universidade de São Paulo Universidade de São Paulo

Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências AtmosféricasInstituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas

IAG -USPIAG -USP

Docente: Rita Y.Docente: Rita Y.

19 de Junho 200919 de Junho 2009

SumárioSumário

– IntroduçãoIntrodução

– Instabilidade AtmosféricaInstabilidade Atmosférica

– Principais Índices TermodinâmicosPrincipais Índices Termodinâmicos

– Artigo I: Análise de índices de instabilidade Artigo I: Análise de índices de instabilidade termodinâmica em São Paulo.termodinâmica em São Paulo.

– Artigo II: Análise dos índices de instabilidade para Artigo II: Análise dos índices de instabilidade para previsão de formações convectivas severas para a região previsão de formações convectivas severas para a região do aeródromo do Galeão, Aeroporto Tom Jobim. do aeródromo do Galeão, Aeroporto Tom Jobim.

– ConclusõesConclusões

– ReferênciasReferências

IntroduçãoIntrodução

– Fenômenos naturais, como as tempestades, Fenômenos naturais, como as tempestades, afetam a vida do homem e podem requerer afetam a vida do homem e podem requerer medidas de urgência e, sem os devidos medidas de urgência e, sem os devidos cuidados, os danos podem ser incalculáveis. Os cuidados, os danos podem ser incalculáveis. Os impactos relacionados a esses fenômenos são impactos relacionados a esses fenômenos são significativos e de características econômicas significativos e de características econômicas e/ou sociais.e/ou sociais.

– Tempestades severas são sistemas convectivos Tempestades severas são sistemas convectivos de mesoescala (ORLANSKI, 1975) capazes de de mesoescala (ORLANSKI, 1975) capazes de gerar granizo de tamanho grande (com pedras gerar granizo de tamanho grande (com pedras de 2 cm ou mais de diâmetro ao atingirem a de 2 cm ou mais de diâmetro ao atingirem a superfície), vendavais intensos com força superfície), vendavais intensos com força destrutiva (velocidade acima de 26 ms-1) ou destrutiva (velocidade acima de 26 ms-1) ou tornados (NASCIMENTO, 2005).tornados (NASCIMENTO, 2005).


– Diversos parâmetros atmosféricos, chamados Diversos parâmetros atmosféricos, chamados de “índices de instabilidade”, já foram de “índices de instabilidade”, já foram desenvolvidos e são freqüentemente usados desenvolvidos e são freqüentemente usados para auxiliar tanto a pesquisa quanto a previsão para auxiliar tanto a pesquisa quanto a previsão operacional de tempestades.operacional de tempestades.

– Os índices de instabilidade foram originalmente Os índices de instabilidade foram originalmente padronizados para as latitudes médias do padronizados para as latitudes médias do Hemisfério Norte (HN), referindo-se, na maioria Hemisfério Norte (HN), referindo-se, na maioria das vezes, a tempestades observadas nas das vezes, a tempestades observadas nas planícies do meio oeste norte-americano.planícies do meio oeste norte-americano.


– Os índices de instabilidade são muito Os índices de instabilidade são muito importantes em relação às técnicas de previsão importantes em relação às técnicas de previsão de tempo já que possuem a vantagem de serem de tempo já que possuem a vantagem de serem fáceis de calcular e são mais eficazes quando fáceis de calcular e são mais eficazes quando são combinados objetiva ou subjetivamente são combinados objetiva ou subjetivamente com outros dados e situações sinóticas.com outros dados e situações sinóticas.

– Esses índices são utilizados com freqüência Esses índices são utilizados com freqüência nos centros de previsão operacional que dão nos centros de previsão operacional que dão atenção especial a tempestades e fenôme-atenção especial a tempestades e fenôme-

nos de mesoescala em geral.nos de mesoescala em geral.


- Os índices de instabilidade são - Os índices de instabilidade são contextualizados a partir dos conceitos de contextualizados a partir dos conceitos de padrões de estabilidade estática da padrões de estabilidade estática da atmosferaatmosfera, estudo de , estudo de perfis perfis termodinâmicostermodinâmicos (perfil vertical de (perfil vertical de temperatura e umidade) obtidos através de temperatura e umidade) obtidos através de radiossondagens (em geral realizadas em radiossondagens (em geral realizadas em aeroportos) e aeroportos) e intensidade dosintensidade dos ventosventos..


– O objetivo deste trabalho é o de O objetivo deste trabalho é o de apresentar os principais índices apresentar os principais índices termodinâmicos, segundo as definições termodinâmicos, segundo as definições da da AMS (American Meteorology Society)AMS (American Meteorology Society) e suas principais características, são e suas principais características, são eles:eles:


– Showalter (IS);Showalter (IS);– Índice de Instabilidade por Levantamento (ILEV);Índice de Instabilidade por Levantamento (ILEV);– K;K;– Cross Totals (CT);Cross Totals (CT);– Vertical Totals (VT);Vertical Totals (VT);– Total Totals (TT);Total Totals (TT);– SWEAT;SWEAT;– Energia Potencial Convectiva Disponível(CAPE);Energia Potencial Convectiva Disponível(CAPE);– Energia de Inibição Convectiva (CINE).Energia de Inibição Convectiva (CINE).

Instabilidade AtmosféricaInstabilidade Atmosférica

Conceito de “Parcela de Ar”:Conceito de “Parcela de Ar”:

– Sistema fechado (não troca massa com o ambiente);Sistema fechado (não troca massa com o ambiente);

– Termicamente isolado (sobe ou desce na atmosfera Termicamente isolado (sobe ou desce na atmosfera adiabaticamente);adiabaticamente);

– A pressão interna da parcela é sempre igual ao do ambiente A pressão interna da parcela é sempre igual ao do ambiente no mesmo nível;no mesmo nível;

– O ambiente está em equilíbrio hidrostáticoO ambiente está em equilíbrio hidrostático[1];

– A velocidade da parcela é pequena, isto é, a energia A velocidade da parcela é pequena, isto é, a energia cinética é uma pequena parte da energia total.cinética é uma pequena parte da energia total.

[1] O fato de o ambiente encontrar-se em equilíbrio hidrostático não implica que a parcela de ar esteja também.


– Fisicamente, podemos considerar que em uma atmosfera Fisicamente, podemos considerar que em uma atmosfera estável a temperatura da parcela de ar que ascende de um estável a temperatura da parcela de ar que ascende de um nível (inicial) é menor do que a temperatura do ambiente nível (inicial) é menor do que a temperatura do ambiente que a envolve, logo, a parcela de ar é mais densa e possui que a envolve, logo, a parcela de ar é mais densa e possui tendência de descer até o nível original. Portanto, em uma tendência de descer até o nível original. Portanto, em uma atmosfera dita estável, existe a inibição do movimento atmosfera dita estável, existe a inibição do movimento ascendente (ver figura A). ascendente (ver figura A).


– Analogamente ao estado de estabilidade, temos o estado Analogamente ao estado de estabilidade, temos o estado de instabilidade atmosférica, onde, nesta situação, a de instabilidade atmosférica, onde, nesta situação, a parcela de ar possui temperatura parcela de ar possui temperatura maior do que a do maior do que a do ambienteambiente, logo a tendência do movimento da parcela é , logo a tendência do movimento da parcela é continuar a continuar a ascenderascender, e, em casos extremos, a parcela , e, em casos extremos, a parcela pode ascender até o limite da troposfera. Esta situação é pode ascender até o limite da troposfera. Esta situação é favorável ao desenvolvimento de grandes nuvens do tipo favorável ao desenvolvimento de grandes nuvens do tipo Cb (Cumulonimbus)Cb (Cumulonimbus), que geram fenômenos de , que geram fenômenos de tempestades severas.tempestades severas.


Figura A – Esquema de condição atmosférica estável e instávelFonte: Salvat, 1980.


– Em meteorologia, comumente se representa a variação da Em meteorologia, comumente se representa a variação da temperatura vertical de um ambiente seco pela letra grega temperatura vertical de um ambiente seco pela letra grega ((ΓdΓd), e denomina-se como ), e denomina-se como Taxa de Decréscimo Vertical da Taxa de Decréscimo Vertical da Temperatura AdiabáticaTemperatura Adiabática, ou do inglês, “, ou do inglês, “lapse-ratelapse-rate” ” adiabático.adiabático.

– É assumido nesta aproximação que É assumido nesta aproximação que não existe mudança de não existe mudança de fasefase e ausência de e ausência de vapor d´águavapor d´água – atmosfera – atmosfera secaseca..


– Podemos Podemos sintetizarsintetizar a condição de a condição de estabilidade/ instabilidadeestabilidade/ instabilidade atmosférica através da comparação do lapse-rate da atmosférica através da comparação do lapse-rate da parcela parcela ((ΓΓ) e ) e do lapse-rate do do lapse-rate do ambiente secoambiente seco ( (ΓdΓd):):

• Γ < ΓdΓ < Γd (Estaticamente Estável) (Estaticamente Estável) • Γ = ΓdΓ = Γd (Estaticamente Neutra) (Estaticamente Neutra) • Γ > ΓdΓ > Γd (Estaticamente Instável) (Estaticamente Instável)


Figura B – Esquema das condições de estabilidade/ instabilidade atmosférica através do lapse-ratedo ambiente (seco) e da parcela.Fonte: Hoobs, 2004.


Figura B – Esquema das condições de estabilidade/ instabilidade atmosférica através do lapse-ratedo ambiente (seco) e da parcela.Fonte: Hoobs, 2004.

http://www.ux1.eiu.edu/~jpstimac/1400/stability.html

Radiossondagem dia 03/abr/2010 12z

27 abril 2010

Sondagem da estação 83779 - São Paulo, SPData: 03 / 04 / 2010 12 ZDado faltante = -999.0Lon= 46.65 W Lat= 23.62 S Alt= 722 mPres[hPa] Geop[m] Temp[°C] Td[°C]1000.0 130.0 -999.0 -999.0935.0 -999.0 21.4 20.0925.0 811.0 20.8 19.2924.0 -999.0 -999.0 -999.0903.0 -999.0 -999.0 -999.0898.0 -999.0 18.4 18.3881.0 -999.0 20.2 15.8850.0 1541.0 18.2 14.7847.0 -999.0 -999.0 -999.0818.0 -999.0 -999.0 -999.0796.0 -999.0 -999.0 -999.0790.0 -999.0 14.6 8.6743.0 -999.0 10.2 9.2709.0 -999.0 8.8 4.4700.0 2178.0 7.8 5.0642.0 -999.0 -999.0 -999.0618.0 -999.0 2.6 2.4595.0 -999.0 -999.0 -999.0521.0 -999.0 -999.0 -999.0500.0 5890.0 -5.9 -8.2

Atividade

• Plotar a radiossondagem no Skew-T – log P

• Camadas estáveis/instáveis/neutras/ condicionalmente instáveis

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade

– I) Índice I) Índice Showalter Showalter ((SWISWI))

– Diferença algébrica da temperatura da parcela de ar e Diferença algébrica da temperatura da parcela de ar e do ambiente em 500mbdo ambiente em 500mb

– SWI = T500 – Tp500 [ºC]SWI = T500 – Tp500 [ºC] ... Equação 1 ... Equação 1

– Onde, T500 é a Onde, T500 é a temperatura do ar ambientetemperatura do ar ambiente em 500mb e em 500mb e Tp500 é a Tp500 é a temperatura de uma parcela de artemperatura de uma parcela de ar após após ascender do nível de 850mb até 500mb (considerando ascender do nível de 850mb até 500mb (considerando saturação).saturação).

– Atividade: calcular o índice de Showalter para a Atividade: calcular o índice de Showalter para a radiossondagemradiossondagem


– I) Índice I) Índice Showalter Showalter ((SWISWI))

– Este índice também não leva em conta o Este índice também não leva em conta o aquecimento diurnoaquecimento diurno ou a ou a umidade abaixo de 850mbumidade abaixo de 850mb. Portanto, é preciso . Portanto, é preciso cautelacautela ao utilizar ao utilizar os resultados deste índice.os resultados deste índice.

Tabela 1- Valores de SWI para latitudes médias


– II) II) Índice de Instabilidade por Índice de Instabilidade por Levantamento (Levantamento (Lifted indexLifted index))

– é expresso matematicamente por:é expresso matematicamente por:

– Lifted index = T500 – Tp500 [ºC] ... Equação 2Lifted index = T500 – Tp500 [ºC] ... Equação 2

– O LIFT é nominalmente idêntico ao índice de Showalter O LIFT é nominalmente idêntico ao índice de Showalter (SWI), exceto pelo fato de que a parcela é levantada da (SWI), exceto pelo fato de que a parcela é levantada da superfície.superfície.

Atividade: calcular o Lifted Index da radiossondagemAtividade: calcular o Lifted Index da radiossondagem

– LI is generally scaled as follows:LI is generally scaled as follows:• LI 6 or Greater, Very Stable ConditionsLI 6 or Greater, Very Stable Conditions• LI Between 1 and 6 : Stable Conditions, Thunderstorms LI Between 1 and 6 : Stable Conditions, Thunderstorms

Not LikelyNot Likely• LI Between 0 and -2 : Slightly Unstable, Thunderstorms LI Between 0 and -2 : Slightly Unstable, Thunderstorms

Possible, With Lifting Mechanism (i.e., cold front, Possible, With Lifting Mechanism (i.e., cold front, daytime heating, ...)daytime heating, ...)

• LI Between -2 and -6 : Unstable, Thunderstorms Likely, LI Between -2 and -6 : Unstable, Thunderstorms Likely, Some Severe With Lifting MechanismSome Severe With Lifting Mechanism

• LI Less Than -6: Very Unstable, Severe Thunderstorms LI Less Than -6: Very Unstable, Severe Thunderstorms Likely With Lifting MechanismLikely With Lifting Mechanism

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– III) III) Índice Índice KK

– O índice K deve-se a O índice K deve-se a GeogerGeoger (1960) e pode ser interpretado como uma medida (1960) e pode ser interpretado como uma medida do potencial de tempestades baseado na taxa vertical de variação de do potencial de tempestades baseado na taxa vertical de variação de temperatura (temperatura (lapse-ratelapse-rate), no conteúdo de ), no conteúdo de umidade na baixa troposferaumidade na baixa troposfera e na e na extensão vertical da camada úmidaextensão vertical da camada úmida..

K = (T850 - T500) + Td850 – (T700 – Td700) [ºC] … K = (T850 - T500) + Td850 – (T700 – Td700) [ºC] … Equação 3Equação 3

– Este índice é muito usado para avaliar chuvas fortes, pois a presença de Este índice é muito usado para avaliar chuvas fortes, pois a presença de camadas úmidas em 850 e 700mbcamadas úmidas em 850 e 700mb implica em bastante água precipitável. implica em bastante água precipitável.

– Atividade: calcular o índice K da radiossondagemAtividade: calcular o índice K da radiossondagem


– III) III) Índice Índice KK

– Quanto mais positivo este Quanto mais positivo este índice, maior será a chance índice, maior será a chance de tempestades. de tempestades.

– Os valores de K variam Os valores de K variam conforme a estação do ano e conforme a estação do ano e localizações. localizações.

– Um valor crítico para esse Um valor crítico para esse índice é de aproximadamente índice é de aproximadamente 30°C e, quanto maior o valor 30°C e, quanto maior o valor de K, maior a instabilidade de K, maior a instabilidade atmosférica.atmosférica.

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– IV) IV) Índices Índices IndicesIndices Totals (Totals (TT, CT e VTTT, CT e VT))

– O índice Total-Totals (TT) foi desenvolvido por aO índice Total-Totals (TT) foi desenvolvido por a Miller Miller em 1972. em 1972. TT é dado TT é dado pela soma de outros dois índicespela soma de outros dois índices convectivos, o Vertical Totals e o Cross convectivos, o Vertical Totals e o Cross Totals. Matematicamente:Totals. Matematicamente:

TT = CT + VT ... Equação (4)TT = CT + VT ... Equação (4)

– VT VT significa significa total verticaltotal vertical e expressa o l e expressa o lapse-rateapse-rate entre dois níveis (850 e 500 mb) entre dois níveis (850 e 500 mb)

– CTCT significa significa total transversaltotal transversal e expressa a combinação do teor de e expressa a combinação do teor de umidade umidade nos nos baixos níveis com as baixos níveis com as temperaturas superiorestemperaturas superiores..


VT = T850 – T500 ... Equação (5)VT = T850 – T500 ... Equação (5) CT = Td850 – T500 ... Equação (6)CT = Td850 – T500 ... Equação (6)

– Substituindo:Substituindo:

TT = T850 + Td850 – 2.(T500) ... Equação (7)TT = T850 + Td850 – 2.(T500) ... Equação (7)

Atividade: Calcular VT, CT e TTAtividade: Calcular VT, CT e TT


– Para valores de Para valores de TT > 43TT > 43 a atmosfera está a atmosfera está instável instável e quanto maior e quanto maior for TT, mais instável será o ar. Valores for TT, mais instável será o ar. Valores maiores do que 50maiores do que 50 para para este índice indicam este índice indicam presença de tempestades severaspresença de tempestades severas..

Tabela 3 - Valores do índice TT para latitudes médias

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– V) V) Índice SWEAT (Índice SWEAT (Severe Weather Threat IndexSevere Weather Threat Index))

– O índice O índice SWEAT SWEAT também foi desenvolvido por também foi desenvolvido por Miller. Miller.

– Índice utilizado para analisar o Índice utilizado para analisar o potencial de tempestades muito severaspotencial de tempestades muito severas (formações de (formações de tornadostornados) )

– Mais Mais refinadorefinado do que o índice Total Totals do que o índice Total Totals

SWEAT = 20(TT - 49) + 12(Td850) + 2(V850) + SWEAT = 20(TT - 49) + 12(Td850) + 2(V850) +

+ V500 +125{sin[Dir(V500 – V850) + 0,2]}+ V500 +125{sin[Dir(V500 – V850) + 0,2]} … Equação 8 … Equação 8


– O O ultimoultimo termo da termo da Equação 8Equação 8 deve ser considerado como deve ser considerado como nulo senulo se quaisquer das considerações a seguir não quaisquer das considerações a seguir não forem satisfeitas:forem satisfeitas:

– A direção do vento no nível de A direção do vento no nível de 850mb850mb se encontra no intervalo de se encontra no intervalo de 130 a 250º130 a 250º;;

– A direção do vento no nível de A direção do vento no nível de 500mb 500mb se encontra no intervalo de se encontra no intervalo de 210 a 310º210 a 310º;;

– A A diferençadiferença entre a direção dos ventos é entre a direção dos ventos é positiva positiva;;

– As As velocidadesvelocidades do ventos dos níveis de do ventos dos níveis de 500 e/ou 850 mb500 e/ou 850 mb são maiores do que são maiores do que 15 nós15 nós (~30Km/h = 8,3 m/s). (~30Km/h = 8,3 m/s).


– Não Não é permitido que qualquer um dos seus termos é permitido que qualquer um dos seus termos seja negativo.seja negativo.

– Valores Valores maiores do que 300maiores do que 300, para esse índice, representam , para esse índice, representam instabilidadeinstabilidade na atmosfera. na atmosfera.

– Valores Valores maiores do que 400maiores do que 400 são atribuídos a grandes probabilidades de são atribuídos a grandes probabilidades de formação de tornadosformação de tornados. .

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– VI) VI) Índice Índice CAPE (CAPE (Energia Potencial Convectiva DisponívelEnergia Potencial Convectiva Disponível))

– As tempestades são sustentadas pelo empuxo proveniente das correntes ascendentes.As tempestades são sustentadas pelo empuxo proveniente das correntes ascendentes.

– A força das A força das correntes ascendentescorrentes ascendentes é determinada pela integral do empuxo que a corrente sofre a é determinada pela integral do empuxo que a corrente sofre a partir do nível da base da nuvem até uma determinada altura na atmosfera. partir do nível da base da nuvem até uma determinada altura na atmosfera.

– Esse empuxo integrado recebe o nome de Esse empuxo integrado recebe o nome de CAPE CAPE e possui unidade de J/Kg e é calculado a partir de e possui unidade de J/Kg e é calculado a partir de um perfil termodinâmico. um perfil termodinâmico.


– VI) VI) Índice Índice CAPE (CAPE (Energia Potencial Convectiva Energia Potencial Convectiva DisponívelDisponível))

– Matematicamente pode ser definido como:Matematicamente pode ser definido como:

ouou

– Onde: NCE é o nível de convecção espontânea. NPE é o nível de perda de empuxo Onde: NCE é o nível de convecção espontânea. NPE é o nível de perda de empuxo (topo da nuvem teórico). Rd é a constante universal dos gases para o ar seco.(topo da nuvem teórico). Rd é a constante universal dos gases para o ar seco.

dzTv

TvTvgCAPENPE

NCE

p

pdTTRdCAPENPE

NCE

PA ln)(


Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– VI) VI) Índice Índice CAPE (CAPE (Energia Potencial Convectiva Energia Potencial Convectiva

DisponívelDisponível))

Figura C – Exemplo de diagrama termodinâmico, cálculo do CAPE.Fonte: Dias, 2008.

Valor do CAPE Potencial Convectivo

0 a 1000 Marginalmente Instável

1000 a 2500 Moderadamente Instável

2500 a 4000 Acentuadamente Instável

> 4000 Extremamente Instável

Tabela 4 - Valores do índice CAPE

Principais Índices de InstabilidadePrincipais Índices de Instabilidade– VII) VII) Índice (Índice (Energia de Inibição ConvectivaEnergia de Inibição Convectiva ))

– Matematicamente pode ser definido como:Matematicamente pode ser definido como:

ouou

– Os limites de integração são diferentes.Os limites de integração são diferentes.

– Quanto Quanto menor é o valor do CINEmenor é o valor do CINE, mais difícil é a iniciação convectiva de uma parcela da , mais difícil é a iniciação convectiva de uma parcela da superfície até o NCE. superfície até o NCE.

– Valores típicos de CINE variam de 0 J/Kg, ou seja, Valores típicos de CINE variam de 0 J/Kg, ou seja, nenhuma inibição aténenhuma inibição até valores menores que valores menores que dificultariam a parcela a ascender e começar dificultariam a parcela a ascender e começar o processo de formação de nuvem.o processo de formação de nuvem.

dzTv

TvTvgCINENCE

SUP

p

pdTTRdCINENCE

SUP

PA ln)(

benign severe

convective inhibition

LFC

equilibriumlevel

no convection

Aplicações – Artigo IAplicações – Artigo I– Artigo I: Artigo I: Análise de índices de instabilidade termodinâmica em São Paulo. Análise de índices de instabilidade termodinâmica em São Paulo.

– Este artigo foi escrito por Ana Carolina Nóbile Tomaziello e Adilson Wagner Gandu (IAG - USP/SP) e teve o objetivo de determinar as características termodinâmicas do ambiente, Este artigo foi escrito por Ana Carolina Nóbile Tomaziello e Adilson Wagner Gandu (IAG - USP/SP) e teve o objetivo de determinar as características termodinâmicas do ambiente, associadas a tempestades severas na região da cidade de São Paulo, através do uso de índices termodinâmicos, e, assim, apresentar uma estatística dos valores típicos desses índices de associadas a tempestades severas na região da cidade de São Paulo, através do uso de índices termodinâmicos, e, assim, apresentar uma estatística dos valores típicos desses índices de instabilidade para São Paulo, bem como analisar a variabilidade sazonal desses índices relacionada com a quantidade de precipitação em cada mês do ano.instabilidade para São Paulo, bem como analisar a variabilidade sazonal desses índices relacionada com a quantidade de precipitação em cada mês do ano.

– Com base em observações em superfície e perfis verticais determinados por radiossondagens, foram calculados e analisados diversos índices de instabilidade, determinando-se valores Com base em observações em superfície e perfis verticais determinados por radiossondagens, foram calculados e analisados diversos índices de instabilidade, determinando-se valores limiares e o desempenho dos mesmos na previsão de convecção severa sobre a região. Tomando-se particularmente quatro índices termodinâmicos – IS(SWI), ILEV(LIFT), CAPE e CINE.limiares e o desempenho dos mesmos na previsão de convecção severa sobre a região. Tomando-se particularmente quatro índices termodinâmicos – IS(SWI), ILEV(LIFT), CAPE e CINE.

Aplicações – Artigo IAplicações – Artigo I– Os dados utilizados neste estudo foram, basicamente, de dois tipos: registros da Estação Meteorológica do IAG (Cientec), localizada no bairro da Água Funda (São Os dados utilizados neste estudo foram, basicamente, de dois tipos: registros da Estação Meteorológica do IAG (Cientec), localizada no bairro da Água Funda (São

Paulo - SP), e dados das radiossondagens realizadas no Campo de Marte, localizado na Zona Norte da cidade de São Paulo. O período analisado foi de Paulo - SP), e dados das radiossondagens realizadas no Campo de Marte, localizado na Zona Norte da cidade de São Paulo. O período analisado foi de 1 de janeiro 1 de janeiro de 2001 a 31 de dezembro de 2005.de 2001 a 31 de dezembro de 2005.

– Na Estação Meteorológica do IAG são feitos registros de observações de fenômenos atmosféricos de interesse a este trabalho, eventos severos (daqui em diante Na Estação Meteorológica do IAG são feitos registros de observações de fenômenos atmosféricos de interesse a este trabalho, eventos severos (daqui em diante ES), tais como ocorrência de nuvens do gênero Cumulonimbus (Cb), trovão, trovoada, relâmpago e granizo. Esses registros foram utilizados para classificação dos ES), tais como ocorrência de nuvens do gênero Cumulonimbus (Cb), trovão, trovoada, relâmpago e granizo. Esses registros foram utilizados para classificação dos dias, conforme o seguinte critério: (i) os dias com observação de um ou mais desses fenômenos foram classificados como “dias convectivos”; (ii) os dias sem dias, conforme o seguinte critério: (i) os dias com observação de um ou mais desses fenômenos foram classificados como “dias convectivos”; (ii) os dias sem observação de qualquer um desses fenômenos foram classificados como “dias não convectivos”.observação de qualquer um desses fenômenos foram classificados como “dias não convectivos”.

Aplicações – Artigo IAplicações – Artigo I– OO desempenho de cada um dos índices de instabilidade foi feito através do uso de skill scores. Skill Scores são utilizados em Meteorologia a fim de validar o sucesso das desempenho de cada um dos índices de instabilidade foi feito através do uso de skill scores. Skill Scores são utilizados em Meteorologia a fim de validar o sucesso das

previsões de tempo. Neste trabalho foram utilizados previsões de tempo. Neste trabalho foram utilizados Probabilidade de Detecção (POD), Razão de Falso Alarme (FAR), Índice de Sucesso Crítico (CSI), Estatística de Probabilidade de Detecção (POD), Razão de Falso Alarme (FAR), Índice de Sucesso Crítico (CSI), Estatística de Desempenho Verdadeiro (TSS) e Índice de Pontuação de Desempenho de Heidke (S). Desempenho Verdadeiro (TSS) e Índice de Pontuação de Desempenho de Heidke (S).

– Para uma previsão perfeita, POD = CSI = TSS = S = 1 e FAR = 0. Por outro lado, para uma previsão totalmente errada, POD = CSI = 0, FAR = 1 e TSS = -1.Para uma previsão perfeita, POD = CSI = TSS = S = 1 e FAR = 0. Por outro lado, para uma previsão totalmente errada, POD = CSI = 0, FAR = 1 e TSS = -1.

Aplicações – Artigo IAplicações – Artigo I

Tabela 5Tabela 5 – Comparação dos quatro índices de instabilidade para os – Comparação dos quatro índices de instabilidade para os cinco skill scores. Os valores em negrito indicam o melhor índice de cinco skill scores. Os valores em negrito indicam o melhor índice de instabilidade em cada skill score.instabilidade em cada skill score.

Os índices que apresentam melhor desempenho na previsão de eventos Os índices que apresentam melhor desempenho na previsão de eventos severos na RMSP são o severos na RMSP são o IS e ILEVIS e ILEV, se mostrando adequados com o , se mostrando adequados com o emprego dos novos limiares, sendo que o desempenho de ILEV se emprego dos novos limiares, sendo que o desempenho de ILEV se destacou como o melhor para a região. destacou como o melhor para a região. CAPE e CINECAPE e CINE apresentaram apresentaram desempenhos de razoáveis a satisfatórios. desempenhos de razoáveis a satisfatórios.

Aplicações – Artigo IIAplicações – Artigo II– Artigo II: Artigo II: Análise dos índices de instabilidade para previsão de formações convectivas severas para a região do aeródromo do Galeão, Aeroporto Tom Jobim.Análise dos índices de instabilidade para previsão de formações convectivas severas para a região do aeródromo do Galeão, Aeroporto Tom Jobim.

– Este artigo foi escrito por Valter Silva Dias (ICEA – Instituto de Controle do Espaço Aéreo) e teve o objetivo de propor uma metodologia que venha a Este artigo foi escrito por Valter Silva Dias (ICEA – Instituto de Controle do Espaço Aéreo) e teve o objetivo de propor uma metodologia que venha a contribuir na melhoria das previsões de trovoada existentes nos sistemas convectivos severos sobre a área do Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro / contribuir na melhoria das previsões de trovoada existentes nos sistemas convectivos severos sobre a área do Aeroporto Internacional do Rio de Janeiro / Galeão, com base na análise e simulação em torno dos valores de referência padrão dos índices de instabilidade.Galeão, com base na análise e simulação em torno dos valores de referência padrão dos índices de instabilidade.

Aplicações – Artigo IIAplicações – Artigo II

– O período analisado compreendeu os O período analisado compreendeu os verões dos anos de 2004 a 2008verões dos anos de 2004 a 2008, e foi elaborado um modelo com a correlação de quatro (4) filtros, , e foi elaborado um modelo com a correlação de quatro (4) filtros, representados pelos índices representados pelos índices K, Totals, CAPE e ShowalterK, Totals, CAPE e Showalter. .

– Para que o modelo indique a ocorrência de trovoadas, dois ou mais índices deverão ser atingidos no mesmo dia. Para que o modelo indique a ocorrência de trovoadas, dois ou mais índices deverão ser atingidos no mesmo dia.

– A avaliação do filtro foi feita através da utilização da técnica estatística dos Skill Scores. Os parâmetros calculados foram A avaliação do filtro foi feita através da utilização da técnica estatística dos Skill Scores. Os parâmetros calculados foram H (Taxa de Acerto), H (Taxa de Acerto), POD (Probabilidade de Detecção) e o RAF (Razão de Alarme Falso).POD (Probabilidade de Detecção) e o RAF (Razão de Alarme Falso).


– Define-se Define-se H (Taxa de Acerto)H (Taxa de Acerto) como a fração do total de eventos de previsão correta do acontecimento ou não- como a fração do total de eventos de previsão correta do acontecimento ou não-acontecimento de trovoada. Esse índice calcula a proporção de previsões corretas sobre o total de previsões feitas; acontecimento de trovoada. Esse índice calcula a proporção de previsões corretas sobre o total de previsões feitas; assim, é a forma mais direta e intuitiva de medir a acurácia de uma determinada previsão. assim, é a forma mais direta e intuitiva de medir a acurácia de uma determinada previsão.

– A taxa de acerto penaliza igualmente ambos os tipos de erros e dá um peso igual para o acerto na ocorrência ou na não A taxa de acerto penaliza igualmente ambos os tipos de erros e dá um peso igual para o acerto na ocorrência ou na não ocorrência.ocorrência.


– Defini-se Defini-se POD (Probabilidade de Detecção)POD (Probabilidade de Detecção) como a fração do total de eventos em que ocorreu trovoada e foi corretamente previsto pelo modelo. como a fração do total de eventos em que ocorreu trovoada e foi corretamente previsto pelo modelo.

– A diferença para o A diferença para o índice Híndice H está em considerar os casos em que acerta a ocorrência de trovoada não levando em conta o acerto da não ocorrência está em considerar os casos em que acerta a ocorrência de trovoada não levando em conta o acerto da não ocorrência do evento. do evento.

– Defini-se Defini-se RAF (Razão de Alarme Falso)RAF (Razão de Alarme Falso) como a proporção de previsões feitas pelo modelo, que não se verificaram. como a proporção de previsões feitas pelo modelo, que não se verificaram.


Figura HFigura H - Comportamento do Índice - Comportamento do Índice Showalter para o período estudado e a Showalter para o período estudado e a comparação com os valores padrões comparação com os valores padrões (-6, -3 e 0)(-6, -3 e 0) de formação de trovoadas. de formação de trovoadas. Os dias de ocorrência de trovoadas foram destacados em Os dias de ocorrência de trovoadas foram destacados em vermelho.vermelho.


– Utilizando-se de valores Utilizando-se de valores padrões de referencia para os índices de instabilidadepadrões de referencia para os índices de instabilidade conforme conforme tabela 6tabela 6, calcularam-se os valores dos parâmetros estatísticos , calcularam-se os valores dos parâmetros estatísticos H, POD e RAFH, POD e RAF;;

– H H 55,8% 55,8% POD POD 89,2% 89,2%

RAF RAF 61,6% 61,6%

Tabela 6 – Valores padrões para cada índice termodinâmico estudado.


– Foram realizadas várias Foram realizadas várias tentativas para o ajustetentativas para o ajuste nos valores de corte individuais dos índices. Foi observado que as nos valores de corte individuais dos índices. Foi observado que as alterações nos alterações nos valores de corte dos índices CAPE e TTvalores de corte dos índices CAPE e TT não contribuíam para melhorar o índice de acerto, por isso seus valores padrões foram não contribuíam para melhorar o índice de acerto, por isso seus valores padrões foram

mantidos.mantidos.

– Com isto, foi criada uma nova tabela, apresentada abaixo, onde estão os novos valores de corte utilizados no modelo de previsão.Com isto, foi criada uma nova tabela, apresentada abaixo, onde estão os novos valores de corte utilizados no modelo de previsão.

Tabela 7 - Valores de referência ajustados para cada índice termodinâmico estudado.

Aplicações – Artigo IIAplicações – Artigo II– Os novos valores para os parâmetros estatísticos do Skill Score calculados foram:Os novos valores para os parâmetros estatísticos do Skill Score calculados foram:

H H 62,0% 62,0% POD POD 80,8% 80,8%

RAF RAF 58,3% 58,3%

- - Estes resultados mostram que os Estes resultados mostram que os índices de instabilidade termodinâmicaíndices de instabilidade termodinâmica não possuem não possuem valores padrões absolutosvalores padrões absolutos e dependem das peculiaridades de cada região em que forem calculados. e dependem das peculiaridades de cada região em que forem calculados.

ConclusõesConclusões– Os índices de instabilidades foram contextualizados em uma atmosfera típica para regiões extra tropicais do Hemisfério Norte e não estão adequados para o uso indiscriminado para as Os índices de instabilidades foram contextualizados em uma atmosfera típica para regiões extra tropicais do Hemisfério Norte e não estão adequados para o uso indiscriminado para as

regiões do Hemisfério Sul.regiões do Hemisfério Sul.

– Isto não implica na inutilização desses índices para o Brasil, por exemplo, pois eles podem ser parametrizados e representam um forte aliado para a melhoria da previsão de condições Isto não implica na inutilização desses índices para o Brasil, por exemplo, pois eles podem ser parametrizados e representam um forte aliado para a melhoria da previsão de condições de tempos severos.de tempos severos.

– É notória a diferença entre as sensibilidades para cada um dos índices termodinâmicos apresentados.É notória a diferença entre as sensibilidades para cada um dos índices termodinâmicos apresentados.

ConclusõesConclusões

– Enquanto alguns índices baseiam-se apenas em diferenças algébricas (IS, ILEV) e supõe diversas condições, outros como o CAPE / CINE são mais robustos e são Enquanto alguns índices baseiam-se apenas em diferenças algébricas (IS, ILEV) e supõe diversas condições, outros como o CAPE / CINE são mais robustos e são obtidos diretamente do perfil termodinâmico da atmosfera. obtidos diretamente do perfil termodinâmico da atmosfera.

– Entretanto isso não implica que os dois (2) índices anteriores sejam sempre mais adequados.Entretanto isso não implica que os dois (2) índices anteriores sejam sempre mais adequados.

– O índice SWEAT possui aplicações mais voltadas à previsibilidade de surgimento de tornados e recomendado para condições de extrema instabilidade atmosfera. O índice SWEAT possui aplicações mais voltadas à previsibilidade de surgimento de tornados e recomendado para condições de extrema instabilidade atmosfera.

ConclusõesConclusões

– É clara a necessidade da busca de limiares para os índices de instabilidade termodinâmicos mais condizentes com as características É clara a necessidade da busca de limiares para os índices de instabilidade termodinâmicos mais condizentes com as características

especificas de cada região após o entendimento dos artigos apresentados anteriormente.especificas de cada região após o entendimento dos artigos apresentados anteriormente.

– Os artigos anteriores justificam esta necessidade, seja para RMSP (artigo I) ou para a região do aeródromo de Galeão no RJ (artigo II).Os artigos anteriores justificam esta necessidade, seja para RMSP (artigo I) ou para a região do aeródromo de Galeão no RJ (artigo II).

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Data Hora TemperaturaUmidadePto. PressãoVento (m/s) Radiação ChuvaUTC Inst. Inst. Inst. Inst. Vel. Dir. Raj. (kJm²) (mm)

3/4/2010 0 21.8 81 18.5 926.9 1.3 146° 3.8 -2.00 0.03/4/2010 1 21.7 81 18.3 927.1 2.7 104° 4.9 -1.80 0.03/4/2010 2 21.6 83 18.6 926.7 2.2 96° 4.9 -2.29 0.03/4/2010 3 21.3 84 18.6 926.5 2.5 95° 4.2 -2.82 0.03/4/2010 4 21.2 85 18.6 926.2 2.1 94° 5.0 -3.45 0.03/4/2010 5 20.9 86 18.5 925.8 1.9 102° 5.0 -3.11 0.03/4/2010 6 20.8 85 18.2 925.8 1.7 90° 4.4 -3.53 0.03/4/2010 7 20.7 85 18.1 925.9 2.6 88° 4.5 -3.28 0.03/4/2010 8 20.0 91 18.4 926.3 1.7 62° 5.0 -3.41 1.23/4/2010 9 19.7 93 18.5 926.4 1.8 82° 4.1 -2.76 3.23/4/2010 10 19.9 93 18.7 926.7 1.8 77° 3.6 35.96 0.83/4/2010 11 20.5 91 18.9 927.2 1.6 73° 5.9 243.0 0.03/4/2010 12 20.9 88 18.8 927.6 2.8 75° 6.6 444.7 0.03/4/2010 13 21.1 88 19.1 927.8 1.2 39° 5.7 540.2 0.23/4/2010 14 22.1 84 19.2 927.1 2.5 76° 5.1 1014. 0.23/4/2010 15 22.7 79 18.8 926.4 1.4 78° 4.7 945.1 0.03/4/2010 16 22.9 76 18.4 925.6 2.0 77° 3.9 749.6 0.03/4/2010 17 23.0 75 18.4 925.0 1.7 107° 4.0 771.0 0.03/4/2010 18 21.2 90 19.6 924.9 0.0 358° 3.3 191.7 3.83/4/2010 19 20.2 94 19.2 924.5 2.3 200° 4.6 151.8 27.63/4/2010 20 20.5 94 19.5 925.5 1.4 305° 5.7 21.45 3.43/4/2010 21 19.4 94 18.4 925.2 0.5 202° 6.8 0.926 7.63/4/2010 22 19.8 94 18.8 925.0 1.5 115° 2.7 -2.60 3.43/4/2010 23 20.2 94 19.1 925.2 1.7 85° 3.2 -2.12 0.44/4/2010 0 20.6 93 19.4 925.6 2.4 67° 4.9 -1.97 0.04/4/2010 1 20.6 93 19.4 926.1 1.8 57° 4.9 -2.09 0.04/4/2010 2 20.6 93 19.5 925.6 2.3 60° 4.4 -2.35 0.04/4/2010 3 20.6 93 19.4 925.0 1.6 74° 4.5 -2.96 0.04/4/2010 4 20.5 93 19.3 924.6 0.5 60° 4.0 -2.28 0.04/4/2010 5 20.4 93 19.2 924.5 0.0 62° 1.7 -3.43 0.04/4/2010 6 20.3 93 19.2 924.3 0.5 286° 1.5 -2.90 0.04/4/2010 7 20.3 93 19.2 924.1 0.0 46° 1.7 -2.23 0.04/4/2010 8 20.1 94 19.1 923.9 0.0 63° 1.5 -2.51 0.04/4/2010 9 20.2 93 19.1 924.4 0.1 344° 2.3 -3.29 0.0

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Índices de Instabilidade Termodinâmica Aluno: Marcelo Vieira Universidade de São Paulo Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas IAG -USP