CICLONES TROPICAIS
Elaborado por: Raidiel Puig Beltrán
Introdução.
A cada
ano, cerca de 80 ciclones tropicais no mundo chegam a categoria de tempestade
tropical, e aproximadamente dois terços deles alcançam a categoria de furacão. A
formação de ciclones tropicais ocorre principalmente em águas tropicais
quentes, com 87% destas formações dentro dos 20° latitude de cada
hemisfério (Figura 1).
Figura 1. Trajetórias dos ciclones tropicais no globo entre 1851 e 2006 (Evans, 2012).
Definição e
classificação.
Durante muitos anos observou-se
que há uma variação considerável em relação à terminologia usada para os vários estágios de ciclones tropicais e sua própria definição. Em distintos países e bacias se usam intervalos de tempo diferentes (média em 1 min, 3 min e em 10 min.) para expressar a velocidade do
vento máxima associada a um ciclone tropical.
Até muito recentemente, o
ciclone tropical foi definido na região da América do Norte, América Central e no
Caribe (região IV da Organização Meteorológica Mundial - WMO) como: um ciclone não-frontal de
escala sinótica que se forma sobre águas tropicais ou subtropicais e tem uma
circulação de superfície bem organizada.
Também é definido "Perturbação Tropical" como um sistema discreto, de aparente
convecção organizada, que tem origens nos trópicos ou subtrópicos, com caráter
migratório não-frontal e persistência de pelo menos 24 horas.
Mais recentemente, durante a
reunião do Comitê dos Furacões realizada em Nassau, em 1997, tentou-se adotar uma
terminologia padronizada para facilitar a coordenação e a compreensão
internacional. Para este fim, definiu-se ciclone tropical como:
Termo genérico de um ciclone de escala sinótica não acompanhado de um sistema frontal, que se forma sobre águas tropicais ou subtropicais e tem uma convecção organizada e ventos com circulação ciclônica claramente observados em superfície.
Termo genérico de um ciclone de escala sinótica não acompanhado de um sistema frontal, que se forma sobre águas tropicais ou subtropicais e tem uma convecção organizada e ventos com circulação ciclônica claramente observados em superfície.
No entanto, em 2007 (OFDA) define um ciclone tropical como:
Termo genérico
para um ciclone da escala sinótica, quente, não acompanhado de um núcleo de
sistema frontal, que foi formado sobre águas tropicais ou subtropicais e tem
uma convecção organizada e circulação dos ventos em superfície ciclônica
claramente em torno de um centro bem definido.
São incluídos
dentro o termo ciclone tropical os estágios: depressão tropical, tempestade
tropical e furacão.
Apesar do esforço que é feito
na Organização Meteorológica Mundial, não foi possível alcançar uma
uniformidade entre diferentes bacias para classificar os ciclones
tropicais, as razões são variadas e incluem diferentes limiares para sistema de
classificação e diferenças no intervalo de tempo para calcular o vento máximo.
De acordo com a intensidade
dos ventos sustentados máximos (média em 1 min.) em superfície, os
ciclones são classificados em (Figura 2):
- Depressão tropical: um ciclone
tropical com vento de superfície máximo de 62 km/h (38 mph, 33 nós) ou menos.
- Tempestade tropical: um
ciclone tropical com núcleo quente e vento máximo no intervalo de 63 e 118 km/h
(39-73 mph, 34-63 nós).
- Furacão: um
ciclone tropical com núcleo morno em que o vento máximo é ³ 119 km/h (74 mph, 64 nós).
Figura 2. Diferentes estágios de ciclone tropical (Fonte: http://www.meted.ucar.edu).
A partir da temporada de
furacões de 1997, o Comitê de Furacão da IV RA utilizou a escala de Saffir-Simpson de classificação de furacões. Esta é uma escala de 1 a 5, baseada na
intensidade do furacão e dá uma estimativa dos danos e inundações costeiras, o
que pode causar a tempestade.
Tabela 1 Escala
de Saffir - Simpson para a classificação dos furacões (alteração para 2012).
A formação de
ciclones tropicais.
Ciclones tropicais são
conhecidos como agrupamentos de nuvens convectivas ("cloud
clusters"). Eles evoluem de um estado de organização pobre para uma
tempestade madura e intensa, passando por características nos diferentes
estágios: perturbação tropical, depressão tropical, tempestade tropical e furacão
Cada um destes estágios tem
características particulares e processos regulatórios dinâmicos que mudam com o
desenvolvimento da circulação ciclônica. Abaixo estão as diferentes
definições que serão utilizadas:
- Gênese: A transição de uma perturbação em depressão tropical,
iniciando a formação de uma circulação ciclônica com escala de algumas
centenas de km.
- Desenvolvimento: Transição da depressão tropical para uma
tempestade tropical.
- Intensificação: A evolução do status de tempestade para furacão
(ciclone maduro).
Condições em
grande escala associada com a formação de ciclones tropicais.
Ciclones tropicais têm um
comportamento sazonal marcado, e nas maioria das regiões ciclogenéticas, formam-se com maior freqüência durante o final do verão e início do
outono, período em que a superfície do mar apresenta as temperaturas mais elevadas. Além de sua alta sazonalidade, em qualquer das
bacias que compõem o planeta, ciclones tropicais formam-se em áreas limitadas, portanto são necessárias condições ambientais específicas para que uma perturbação convectiva pobre se torne um vórtice intenso.
Cinza (1968) estimou que
aproximadamente 80% de todos os ciclones tropicais se originam dentro ou muito
perto da Zona de Convergência Intertropical ou cavado de monção. Muitos dos
restantes são formados de distúrbios incorporados no fluxo dos ventos alísios,
ou em associação com o Cavado Tropical em Altos Níveis (TUTT - Tropical Upper Tropospheric Trough), (Sadler, 1978). Uma pequena fração (3-5%) é formada em regiões subtropicais perto das extremidades das regiões frontais ou regiões a
leste de um cavado em altos níveis.
A
climatologia física mais ampla da gênese de ciclones tropicais foi feita por
Gray (1968, 1975, 1979), que obteve que a frequência estava relacionada com os
seguintes fatores:
1. Valores elevados da temperatura da superfície do mar, com limiar entre 26 e 27˚C, juntamente com uma camada de mistura oceânica quente e profunda (cerca de 60 metros).
2. Instabilidade condicional
através de uma camada profunda.
3. Organizada convecção
profunda em uma área de movimento ascendente em grande escala e altos valores de umidade em níveis médios.
4. Valores significativos de
vorticidade relativa na baixa troposfera.
5. Fraco ou moderado cisalhamento do vento, de preferência leste.
O
diagnóstico feito por Gray (1975, Figura 3) com relação à frequência de formação de ciclones
tropicais usando os parâmetros acima é muito parecido com o observado (Figura 1).
Figura 4. Imagem de satélite do furacão Mitch (à esquerda) e imagem de radar a bordo de uma aeronave de reconhecimento (à direita) (FONTE???).
Figura 5. Estrutura de um furacão intenso (FONTE???).
A circulação secundária fornece à tempestade, o
momento angular e a energia necessários para manter e intensificar a
circulação principal, apesar das perdas por atrito e resfriamento radiativo
(Riehl e Malkus, 1961). No núcleo, a circulação primária é mais forte do
que a secundária.
A região externa ao núcleo.
Figura 9. Imagem de satélite do furacão Rita (Fonte???).
O furacão Rita (Figura 9) originou-se a partir de uma interação complexa entre uma onda tropical e os restos de uma frente fria. A onda tropical deixou a costa ocidental da África, em 7 de setembro de 2005. Não conseguiu produzir muita convecção profunda, uma vez que atravessou o Atlântico tropical durante 08-12 setembro. A convecção, brevemente se consolidou ao longo do eixo da onda tropical na noite de 13 de setembro a 800 milhas a leste das Pequenas Antilhas, mas logo diminuiu novamente. Enquanto isso, uma frente fria tinha se deslocado para o sul ao longo do Atlântico central durante 11-12 setembro e, em seguida, tornou-se estacionária ao norte das ilhas Leeward em 13 de setembro.
Em 18 de Setembro, Rita, tornou-se uma tempestade tropical às 18:00 UTC próximo de 25 milhas ao leste-sudeste da ilha de Mayaguana, no sudeste das Bahamas (Fig. 10). Já no Estreito da Flórida, Rita começou a se fortalecer, e se tornou um furacão com uma intensidade de 70 nós às 12:00 UTC e em 20 de setembro estava a 100 milhas leste-sudeste de Key West, Flórida. Rita, em seguida, alcançou uma intensidade de 85 nós (Categoria 2) às 18:00 UTC naquele dia, e seu centro passou próximo de 40 milhas ao sul de Key West por volta de uma hora mais tarde (Fig. 11).
Figura 11. Imagem de satélite e cartas sinóticas em superfície e 500 hPa (estágio Tempestade Tropical, 20 de setembro de 2005)
Rita passou no sudeste Golfo do México como um furacão de categoria 3 em 21 de setembro (Fig. 12). Durante a maior parte do restante do dia, Rita se intensificou rapidamente sobre as águas muito quentes e dentro de um ambiente de muito fraco cisalhamento vertical do vento, atingindo uma intensidade de 145 nós às 18:00 UTC. Ele permaneceu na categoria 5 nas próximas 18 horas, atingindo o seu pico de intensidade estimado em 155 nós às 03:00 UTC em 22 de setembro, enquanto esteve a 270 milhas ao sudeste da foz do rio Mississippi.
Figura 12. Imagem de satélite e cartas sinóticas em superfície e 500 hPa (estágio Furacão, 21 de setembro de 2005)
A parede do olho interno deteriorou-se mais tarde em 22 de setembro enfraquecendo abruptamente para Categoria 4 com ventos máximos de 125 nós às 18:00 UTC. No início, em 23 de setembro, uma nova parede do olho externa havia consolidado e o furacão tinha crescido em tamanho. No entanto, Rita não re-intensificou na sequência das alterações estruturais. Devido ao crescente cisalhamento do vento de sudoeste e águas um pouco mais frias, o constante enfraquecimento continuou em 23 de setembro.
Figura 3: Superior: Parâmetro de Gênese definido por Gray (1975) e Inferior: freqüência de formação de ciclones tropicais dentro de cada grade de 5 graus de latitude
por longitude, com base em 20 anos de dados (Gray, 1975).
Embora estas condições estejam presentes em partes do oceano tropical por longos períodos, a Gênese ocorre em poucos casos. Cinza (1975) deu a hipótese de que os ciclones
formam-se apenas durante os períodos em que estas condições são observadas para valores superiores a sua média climatológica regional. Neste momento,
estas condições são consideradas como necessárias, mas não suficientes para a
formação de ciclones tropicais.
McBride (1981a, b), e McBride
e Zehr (1981) realizaram vários estudos sobre gênese, composto de análise
individual e estudos de casos individuais. Seus resultados indicam que
enquanto comumente são preenchidas as condições termodinâmicas para a gênese,
a formação não ocorre até que perturbação convectiva pré-existente se mova em
direção a uma região com valores acima da média de vorticidade ciclônica em níveis
baixos e anticiclônica em altos níveis. Isso geralmente acontece ao
longo de uma linha de fraco cisalhamento vertical.
Estrutura dos
ciclones tropicais.
A característica mais
conhecida dos ciclones tropicais é a rápida diminuição da pressão em direção ao
centro, que é acompanhada por um aumento notável da velocidade do vento, chuvas
e tempestades. Ao mesmo tempo, o centro ou o olho da tempestade é
caracterizado pela relativa calmaria. Um observador localizado no caminho de
qualquer furacão primeiro veria o céu sem nuvens, posteriormente observaria chuviscos com rajadas de vento muito fortes e finalmente chuvas intensas (Figura 4). A medida que se aproxima do centro, a queda na
pressão é rápida e o aumento do vento se torna mais rápido. Também é
conhecido que os ventos fortes e chuvas pesadas ocorrem em semicírculo com relação à direção do movimento.
Figura 4. Imagem de satélite do furacão Mitch (à esquerda) e imagem de radar a bordo de uma aeronave de reconhecimento (à direita) (FONTE???).
Principais características estruturais.
Haurwitz, em 1935, mostrou que as pressões centrais que foram observadas em
ciclones tropicais apresentam um núcleo quente que se estende pela troposfera. Então, um ciclone tropical (CT) é um vórtice de núcleo
quente. Os ventos girando em torno do centro diminuem com a altura, mas
normalmente são observados em toda a troposfera.
Figura 5. Estrutura de um furacão intenso (FONTE???).
Um ciclone tropical é composto
por duas circulações: a circulação principal, composta por ventos tangenciais,
que no núcleo tornam-se fortemente simétricos na medida em que o ciclone torna-se mais maduro, bem como uma circulação vertical, chamada circulação secundária, que desempenha um
papel muito importante na evolução da tempestade.
Na circulação principal, o núcleo é
rodeado por um vórtice exterior menos simétrico, que é incorporado em um
ambiente de escala sinótica. A baixa circulação ciclônica troposférica pode se estender por mais de 1000 km do centro da tempestade (Frank, 1977).
A fronteira entre as circulações ciclônica e anticiclônica inclina-se para
dentro com a altura, de modo que a circulação na alta troposfera é
predominantemente anticiclônica exceto o centro (Figura 6).
Figura 6. Diagrama da estrutura do furacão (FONTE???).
Além da circulação principal,
existe uma circulação secundária em resposta a fricção na superfície e
aquecimento devido à condensação, como mostram as figuras 7a e 7b. Este movimento tem um fluxo radial perto da
superfície, ascensão de ar saturado ao redor do olho, descida forçada dentro do olho e um fluxo divergente no nível da tropopausa para fora do
olho.
Figuras 7a e 7b: Circulação
secundária em um ciclone tropical (FONTE???).
A região externa ao núcleo.
O vento na região
externa pode ser tão variável como o observado no núcleo (Figura 8). É necessário distinguir entre a
"intensidade" do núcleo e a "força" de circulação
externa. Assim, o Professor Gray e seu grupo de trabalho propuseram que a
estrutura dos ciclones tropicais pode ser vista através de três características
fundamentais: a intensidade do núcleo, a força dos ventos fora do núcleo
e o tamanho da tempestade (Gray, 1979).
Figura 8. Diagrama das
mudanças estruturais do ciclone tropical (FONTE???).
De acordo com a Holland (1980)
cada uma dessas características pode ser definida como segue:
a- Intensidade do núcleo: é determinada pela pressão
central mínima do ciclone tropical ou máximo ventos de superfície.
b- a
força dos ventos fora do núcleo: é a forma geral que adota o perfil dos ventos
da tempestade - calculado pela média ponderada da velocidade do vento na área da tempestade entre 100 e 300 km de raio.
c- Tamanho
da tempestade: é a área que se estende a circulação ciclônica da
tempestade. Isso pode ser medido pela extensão média das rajadas de vento (17 m/s) ou pelo raio médio da última isóbara fechada.
Merrill (1984) e Weatherford e
Gray (1987) mostraram que há uma boa relação entre a força dos ventos fora do
núcleo e o tamanho da tempestade e suas alterações. Entretanto, ambos estão mal correlacionados com a intensidade e variações. As alterações podem
ocorrer em uma dessas características sem causar variações nas restantes. É necessário ter em
conta que o uso de observações fora do núcleo para inferir as alterações na
intensidade pode levar a erros.
A climatologia do tamanho tem
sido bem estabelecida para os oceanos Atlântico e Pacífico (Merrill,
1984; Marca, 1972). Em média, tufões (denominação de furacões no Oceano Pacífico) são 1,5 ° de latitude superior
a furacões no Atlântico. Pequenos ciclones são freqüentes em agosto e os maiores em outubro.
O ciclo de vida de um ciclone
tropical no Atlântico começa com o estágio de formação, durante o qual a
circulação exterior encolhe um pouco enquanto o núcleo é
intensificado. Durante o estágio de maturidade, a intensidade aumenta até um máximo, com pequena mudança em tamanho. No estado de maturidade, o CT
cresce, mas não é muito intensificado. No estado de dissipação, a
tempestade perde a intensidade, na medida que a circulação cresce. O tamanho típico
de um CT maturo é 2,5 ° de latitude, mas esse valor é duplicado quando a
tempestade atinge o estado de declínio.
Anéis convectivos podem
explicar muitos aspectos descritos anteriormente. O ciclo de vida pode
ser descrito em termos de sucessão de anéis de convecção. Um ciclone
tropical se intensifica com pouca mudança no tamanho ou força a medida que a parede do
olho é desenvolvida. Então fortalece enquanto uma parede exterior é
formada. O fortalecimento e crescimento continuam, enquanto que a intensidade
diminui à medida que dissipa-se no processo de substituição da parede do
olho. A intensificação ocorre novamente quando a nova parede do olho é
totalmente estruturada. Embora nenhuma dessas alterações ocorram ao mesmo
tempo, cada ciclo faz o maior, mais forte e possivelmente mais intenso ciclone
tropical (reescrever).
Movimento de
ciclones tropicais.
Um ciclone tropical geralmente se move com um ângulo
de 10-20 graus em média diferente do fluxo de deslocamento e uma diferença na
velocidade de aproximadamente 1-3 m/s. Embora o conceito do nível de deslocamento seja muito útil, a previsão da trajetória não pode ser considerada como um
simples problema de observar e prever corretamente o fluxo ambiental, uma vez
que diferentes estudos observacionais sugerem que o movimento do ciclone
tropical pode desviar-se às vezes significativamente de fluxo ambiental em
grande escala. Então é necessário também entender e prever esses desvios
do conceito de deslocamento.
Estudos realizados por Neumann
(1979) no Atlântico indicam que apenas 50-80% da variabilidade no movimento de
12 a 24 horas pode ser explicado pelo deslocamento geostrófico em uma camada profunda. Uma parte da variância inexplicável é devido a erros de
observação ou análise para definir o deslocamento nas regiões de dados limitados ou
usar a mesma camada para tempestades de intensidades diferentes, no entanto uma
significativa fração da variância inexplicável é devido a desvios em relação ao deslocamento.
Exemplo (Furacão Rita)
O furacão Rita (Figura 9) originou-se a partir de uma interação complexa entre uma onda tropical e os restos de uma frente fria. A onda tropical deixou a costa ocidental da África, em 7 de setembro de 2005. Não conseguiu produzir muita convecção profunda, uma vez que atravessou o Atlântico tropical durante 08-12 setembro. A convecção, brevemente se consolidou ao longo do eixo da onda tropical na noite de 13 de setembro a 800 milhas a leste das Pequenas Antilhas, mas logo diminuiu novamente. Enquanto isso, uma frente fria tinha se deslocado para o sul ao longo do Atlântico central durante 11-12 setembro e, em seguida, tornou-se estacionária ao norte das ilhas Leeward em 13 de setembro.
Figura 10. Imagem de satélite e cartas sinóticas em superfície e 500 hPa, (estágio Depressão Tropical, 18 de setembro de 2005) (FONTE???).
Em 18 de Setembro, Rita, tornou-se uma tempestade tropical às 18:00 UTC próximo de 25 milhas ao leste-sudeste da ilha de Mayaguana, no sudeste das Bahamas (Fig. 10). Já no Estreito da Flórida, Rita começou a se fortalecer, e se tornou um furacão com uma intensidade de 70 nós às 12:00 UTC e em 20 de setembro estava a 100 milhas leste-sudeste de Key West, Flórida. Rita, em seguida, alcançou uma intensidade de 85 nós (Categoria 2) às 18:00 UTC naquele dia, e seu centro passou próximo de 40 milhas ao sul de Key West por volta de uma hora mais tarde (Fig. 11).
Rita passou no sudeste Golfo do México como um furacão de categoria 3 em 21 de setembro (Fig. 12). Durante a maior parte do restante do dia, Rita se intensificou rapidamente sobre as águas muito quentes e dentro de um ambiente de muito fraco cisalhamento vertical do vento, atingindo uma intensidade de 145 nós às 18:00 UTC. Ele permaneceu na categoria 5 nas próximas 18 horas, atingindo o seu pico de intensidade estimado em 155 nós às 03:00 UTC em 22 de setembro, enquanto esteve a 270 milhas ao sudeste da foz do rio Mississippi.
Figura 12. Imagem de satélite e cartas sinóticas em superfície e 500 hPa (estágio Furacão, 21 de setembro de 2005)
Figura 13. Trajetória do furacão Rita (FONTE???).
Rita se enfraqueceu depois ao adentrar no continente, mantendo-se um furacão até às 12:00 UTC de 24 de setembro, quando foi localizado próximo de 35 milhas ao norte de Beaumont, Texas. A depressão perdeu sua estrutura organizada de convecção e degenerou para uma de baixa pressão remanescente em 26 de Setembro sobre o sudeste de Illinois. A baixa foi absorvida em uma zona frontal mais tarde naquela manhã sobre o sul dos Grandes Lagos região. A Fig. 13 mostra a trajetória deste furacão.
Bibliografía
http://www.nhc.noaa.gov/data/tcr/AL182005_Rita.pdf
http://www.nhc.noaa.gov/data/tcr/AL182005_Rita.pdf
Sadler,
J. C., 1978: Mid-season typhoon development and intensity changes and the
tropical upper tropospheric trough. Mon. Wea. Rev., 106, 1137-1152.
Gray,
W.M., 1968: Global view of the origin of tropical disturbances and storms.
Mon.
Wea. Rev., 96, 669-700.
Gray,
W.M., 1975: Tropical cyclone genesis. Dept. of Atmospheric Science Paper
No.
234, Colorado State University, Fort Collins, CO, 121 pp.
McBride,
J. L., and R. Zehr, 1981: Observational analysis of tropical cyclone formation.
Part II: Comparison of non-developing versus developing systems. J. Atmos. Sci.,
38, 1132–1151
McBride,
J. L., 1981: Observational analysis of tropical cyclone formation. Part I:
Basic description of data sets. J. Atmos. Sci., 38, 1117–1131.
Riehl,
H., 1954: Tropical Meteorology. McGraw-Hill, New York, 392 pp
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
AVALIAÇÃO
Organizado por: Ricardo Vilela
Caso: Ciclone tropical no Pacífico: 05/06/2015 "Furacão Blanca"
Pelos critérios apresentados, o ciclone tropical que será discutido atingiu o estágio de furacão (ventos maiores que 119 km/h)
Na figura 2 é possível ver a nebulosidade associada ao sistema e reconhecer um padrão característico do escoamento com circulação ciclônica com ventos calmos no centro (olho) e intensos ao arredor. A temperatura de brilho do topo das nuvens é bem baixa o que indica convecção profunda nessa região.
Animação da imagem de satélite realçada do furacão Blanca. (NOAA)
O furacão Blanca atingiu a categoria 2 de Saffir-Simpson com ventos sustentados de mais de 175 km/h e rajadas que superaram os 200 km/h.
Pelos critérios apresentados, o ciclone tropical que será discutido atingiu o estágio de furacão (ventos maiores que 119 km/h)
Figura 1: Carta sinótica de superfície do dia 05/06/2015 às 00Z.
A figura 1 mostra a carta sinótica do dia 05/05/2012 evidenciando na região tropical do pacífico o centro de baixa pressão associado ao furacão. Nota-se que esse sistema, diferentemente dos ciclones extratropicais que podem ser vistos em latitudes mais altas, não possui nenhum sistema frontal associado (o que caracteriza um ciclone tropical).
Figura 2: Imagem de satélite no canal IV para o dia 05/06/2015 às 00Z.
Animação da imagem de satélite realçada do furacão Blanca. (NOAA)
O furacão Blanca atingiu a categoria 2 de Saffir-Simpson com ventos sustentados de mais de 175 km/h e rajadas que superaram os 200 km/h.
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