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segunda-feira, 18 de maio de 2015

Brisas

Brisas

Organizado por Tayla Dias da Silva

Revisado por Diego Rodríguez Zimmermann

Definição 
“De um modo geral, um vento suave ou moderado. Na escala de Beaufort, a velocidade do vento varia entre 4 e 27 nós” (International Meteorological Vocabulary – WMO).
Outra definição complementar de brisa (Glossário – CPTEC):
“Circulação gerada por um gradiente horizontal de temperatura, com o intuito de restabelecer o equilíbrio nessa região”.

Brisa Marítima/Terrestre
O aquecimento diferenciado entre superfícies diferentes, como o oceano e o continente adjacente, ou ainda entre o topo da montanha e o vale dão origem as circulações locais de mesoescala.
Brisa marítima (CPTEC, 2015; Allaby e Allaby, 1999): Durante dias ensolarados, o ar próximo à superfície do continente se aquece mais rapidamente que o ar acima do oceano tornando-se menos denso. Surge sobre o continente um centro relativo de baixa pressão em relação ao oceano favorecendo o movimento ascendente do ar sobre o continente. Por conservação de massa, a brisa advecta ar mais fresco do oceano para o continente. A Fig. 1a mostra esta circulação.
Brisa terrestre (CPTEC, 2015; Allaby e Allaby, 1999): À noite e ao amanhecer, o ar próximo à superfície do continente se resfria mais rapidamente tornando-se mais denso. Surge sobre o continente um centro relativo de alta pressão em relação ao oceano. A divergência do ar próximo à superfície do continente advecta ar fresco do continente para o oceano. A Fig. 1b mostra esta circulação.
     Figura 1 – O diagrama mostra (a) a circulação de brisa marítima às 15:30 HL e (b) o escoamento da brisa terrestre às 02:00 HL . Os vetores, as linhas contínuas e as linhas tracejadas representam a velocidade do vento horizontal (m/s), a velocidade vertical do vento (cm/s) e a temperatura (°C), respectivamente (Neumann e Mahrer apud Atkinson, 1981).

Brisa Vale/Montanha
De forma análoga aos ciclos diurnos das brisas marítima e terrestre, originam-se as brisas de vale e montanha.
Brisa de vale (Liria e Marcén, 1986; MetEd, 2015): Durante o dia, o ar próximo a superfície do topo da montanha se aquece mais rapidamente tornando-se menos denso e o vento sopra do vale para a montanha (vento anabático - Fig. 2a).
Brisa de montanha (Liria e Marcén, 1986; MetEd, 2015): À noite e ao amanhecer, o ar próximo a superfície do topo da montanha se resfria mais rapidamente tornando-se mais denso e o vento sopra da montanha para o vale (vento catabático - Fig. 2b).
     Figura 2 – Simulação bidimensional da (a) brisa de vale e (b) brisa de montanha em condições sinóticas relativamente calmas (Marker e Pielke apud Pielke, 2002).

CARACTERÍSTICAS E IDENTIFICAÇÃO:
O gradiente de temperatura entre o oceano e o continente adjacente necessário para impulsionar a circulação de brisa é de 0,05 °C/km (Atkinson, B.W., 1981).
A brisa marítima é mais intensa do que a brisa terrestre, por causa da radiação solar disponível durante o dia (Atkinson, B.W., 1981).
A intensidade máxima atingida pela brisa marítima é geralmente no final da tarde (Allaby e Allaby, 1999). 
A extensão horizontal das brisas marítimas e terrestres bem desenvolvidas é geralmente limitada a cerca de 40km da costa, mas os movimentos de ar associados ao sistema, muitas vezes, podem ampliar a circulação (Allaby e Allaby, 1999).
De acordo com Atkinson (1981), alguns fatores afetam a circulação de brisa marítima e terrestre, são eles:
 As brisas marítima e terrestre são algumas das poucas circulações de mesoescala que podem ser afetadas pela força de Coriolis;
  . O vento gradiente pode dificultar e até mesmo impedir o desenvolvimento da brisa marítima;
  . Uma atmosfera instável alonga a circulação de brisa marítima tanto na horizontal, quanto na vertical contribuindo para a formação de nuvens no litoral. Em contrapartida, uma atmosfera estável amortece a circulação vertical da brisa marítima;
  . A topografia e a cobertura vegetal influenciam a circulação de brisa marítima e terrestre.

A entrada da brisa marítima se caracteriza pela intensificação do vento, aumento da umidade relativa e queda da temperatura, como mostrado na Figura 3 (Atkinson, 1981).
     Figura 3 – Entrada da brisa marítima no dia 15 de abril de 1930 em Karachi mostrada pela mudança na velocidade do vento (m/s) e direção, umidade relativa (%) e temperatura (°C) (Ramdas apud Atkinson, 1981).

A entrada da brisa de montanha se caracteriza pela mudança na direção do vento, como mostrado na Figura 4 (Atkinson, 1981).
     Figura 4 – Registros autográficas de temperatura (°C), umidade relativa (%), pressão (mb), velocidade do vento (m/s)  e direção na entrada da brisa de montanha no dia 21 de dezembro de 1960 no Arizona (Modificada de Brown apud Atkinson, 1981).

       Oliveira e Silva Dias (1982) classificam padrões para a entrada da brisa marítima na cidade de São Paulo da seguinte forma:
“I) comportamento padrão no qual o vento passa de Nordeste, no período da manhã, para Sudeste à tarde;
II) vento Noroeste no período da manhã passando a Sudeste ou calmaria no período da tarde ou início da noite;
III) intensificação do componente Sudeste no período diurno. ”
Em 60% dos casos estudados por Oliveira e Silva Dias (1982), a entrada da brisa marítima na cidade de são Paulo ocorreu entre 13:00 e 14:00 HL.

A entrada de brisa marítima é identificada nos campos de vetor vento em superfície como um fluxo perpendicular à costa como mostra a Figura 5 (MetEd, 2015). Dependendo do formato da costa, o vento poderá convergir ou divergir numa determinada região (MetEd, 2015).

     Figura 5 – Imagem do satélite GOES no canal do visível para o dia 14 de junho de 2000 (horário em UTC). Modificado de: NOAA. Disponível em <http://www.meted.ucar.edu/tropical/synoptic/trop_meso_circ/>.

Sánchez-Ccoyllo e Silva Dias (1999) determinaram as seguintes características para a entrada da brisa marítima na cidade de São Paulo:
“I) Aumento brusco da temperatura de ponto de orvalho já que a umidade absoluta aumentou com a penetração da brisa marítima;
II) Aumento da razão de mistura em função de aumento da temperatura de ponto de orvalho e da mistura turbulenta na frente da brisa marítima;
 III) Ocorrência do valor máximo da energia cinética turbulenta em função do forte cisalhamento do vento associada à brisa marítima;
 IV) Observou-se a máxima altura da camada limite planetária de 1450 m em função do valor máximo da energia cinética turbulenta;
 V) A topografia e a área urbana agem intensificando a brisa marítima e elevando a altura da camada limite planetária.”

Reboita et al. (2014) caracterizaram a circulação de brisa de vale e de montanha para a cidade de Itajubá e obtiveram os seguintes resultados (ilustrados na Fig. 6, porém para o Havaí):
“I) A brisa de montanha se estabelece entre 15-16 HL e tem sua máxima intensidade entre 21-22 HL;
II) E a brisa de vale se estabelece entre 07-08 HL e tem sua máxima intensidade entre 11-14 HL.”

     Figura 6 – Corte transversal leste-oeste do escoamento padrão da (a) brisa marítima associada à brisa de vale e da (b) brisa terrestre associada à brisa de montanha no Havaí. No campo de escoamento esquematizado foram plotados dados de temperatura (°C), temperatura do ponto de orvalho (°C) e velocidade do vento (usando barbela de vento) (Garret apud Pielke, 2002).

Exemplo: Entrada de brisa marítima que ocorreu no dia 12 de março de 2012 na Região Metropolitana de São Paulo.
Analisadas as condições sinóticas, verificou-se que não havia sistema frontal atuando sobre São Paulo, confirmado pela animação das imagens de satélite (Fig. 7). Às 18UTC, pode-se observar a convergência de umidade na região litorânea.

 
Figura 7 – Imagem do satélite GOES-12 no canal do vapor d’água para o dia 12 de março de 2012 (horário em UTC). Modificado de: CPTEC/INPE/DAS.

Os dados da estação meteorológica Mirante de Santana (localizada em -23,496° de latitude e -46,620° de longitude) representados graficamente (fig. 8), mostram que entre 18 e 19 UTC a direção do vento passou de SSW para SSE, a intensidade do vento aumentou de 0,7 para 2,7 m/s, a temperatura diminuiu de 28,7 para 25,5°C e a umidade relativa elevou-se de 39 para 58%.

Figura 8 Caracterização da brisa marítima para o dia 12 de março de 2012 em São Paulo. Dados da estação meteorológica Mirante de Santana de (a) direção do vento (°), de (b) velocidade do vento (m/s), de (c) temperatura (°C) e de (d) umidade relativa (%).

Através das condições iniciais e de contorno da análise do modelo global GFS, foi feita uma simulação com modelo WRF. Às 15:40UTC, o vento torna-se perpendicular a costa litorânea de São Paulo (fig. 9).

Figura 9 – Identificação da brisa marítima para o dia 12 de março de 2012. Animação do vento horizontal a 10m da superfície gerado pelo modelo WRF.

Agradecimentos
     Agradeço à orientação da profª Drª Rita Yuri Ynoue e à estação meteorológica Mirante de Santana pelos dados disponibilizados.

EXEMPLO

Identificação de Brisa Terrestre em Lima Perú

Estação Aerop. Internacional Jorgechavez 
Latitud 12-00S. Longitud 077-07W. Altitud 12 m.

Fonte: OGIMET (Dados de METAR)


Figura 1. Variação da direção do vento (esquerda superior), Velocidade do vento (direita superior), Umidade relativa (esquerda inferior) e Temperatura (direita superior) no día 22 de Fevereiro do 2015 (horas UTC), Aeroporto Jorge Chavez

Como pode observar-se no gráfico, durante as horas iniciais da tarde 16 UTC (11 am hora Perú) o vento muda de direcção de sul para sudeste, e considerando a localização do aeroporto com relação ao mar, esta mudança corresponde a uma brisa terrestre (Figura 2.), além disso,  ao mesmo tempo ocorre um aumento na velocidade do vento (aumento progressivo de mais de 10 kt) acompanhado por um aumento na temperatura e uma queda na umidade relativa, concordando com uma brisa terrestre conforme apresentado pelos autores referenciados e a circulação característica.


Figura 2. Mapa da cidade de Lima, localização do Aeroporto Jorge Chavez (Fonte: Google Maps)

Referências

  . Bibliográficas

ATKINSON, B.W. Meso-scale atmospheric circulations. London Academic Press, 1981, Chap. 5.
LIRIA, A. A.; MARCÉN M. C. Vocabulario de términos meteorológicos y ciencias afines. Madrid, 1986. 46p.
OLIVEIRA, A. P.; SILVA DIAS, P. L. Aspectos observacionais da brisa marítima em São Paulo. In: Congresso Brasileiro de Meteorologia, 2., 1982, Pelotas, Anais… Pelotas, 1982.
PIELKE, R.A. Mesoscale Meteorological Modelling, Orlando Academic Press, 1984, Chap. 13.
Reboita M. S., et al. Evidências de Circulação de Brisa Vale-Montanha na Serra da Mantiqueira: Cidade de Itajubá – MG, Ciência e Natura, Santa Maria, v. 36, n. 1, 2014, 061-071 p.
Sánchez-Ccoyllo, O. R.; SILVA DIAS, P. L. Estudo observacional e numérico da brisa marítima em São Paulo. In: Congresso Brasileiro de Meteorologia. Disponível em < http://www.cbmet.com/cbm-files/12-837ad93d77507303de2a327b4856ad96.pdf>. Acessado em 15/06/2015.

  . Online

Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos
Disponível em: <http://www.cptec.inpe.br/glossario.shtml>. Acessado em 11/06/2015.
Disponível em: <http://videoseducacionais.cptec.inpe.br/swf/mov_atm/2/>. Acessado em 11/06/2015.
Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos & Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Disponível em: < http://satelite.cptec.inpe.br/acervo/goes.formulario.logic>. Acessado em 11/06/2015.
COMET – MetEd
Disponível em: <http://www.meted.ucar.edu/tropical/synoptic/trop_meso_circ/>. Acessado em 15/06/2015.
International Meteorological Vocabulary – WMO
Disponível em: <http://wmo.multicorpora.net/MultiTransWeb/Web.mvc>. Acessado em 11/06/2015.

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