Vórtice ciclônico de altos níveis (VCAN)

Vórtice ciclônico de altos níveis (VCAN)

Organizado por: Diego Fernando Rodríguez Zimmermann

Revisado por: Tayla Dias da Silva

Também conhecido como “Cutoff Low” (COL), gota fría ou “Depressão isolada em níveis altos” (DANA) (em espanhol).

Definição

“Os VCANs são centros de baixa pressão em altos níveis formados no lado equatorial do máximo fluxo de oeste da corrente do jato polar ou subtropical. Eles se desenvolvem a partir de um cavado que sofre uma inclinação marcada e que se quebra subsequentemente, deixando uma piscina de ar frio e uma circulação ciclônica separada da onda”.

(Palmén, 1949)

“Uma baixa fria que cresceu a partir de um cavado, tornar-se deslocada para fora da corrente básica de oeste e encontra-se para o lado equatorial da mesma”.

American meteorology society

“Uma baixa fechada em altos níveis que se torne completamente deslocada da corrente básica de oeste, e se move independentemente da mesma. “Cutoff lows” podem permanecer quase estacionárias durante dias, ou de vez em quando podem mover-se para o oeste contrario ao fluxo prevalecente na alta atmosfera (ou seja, retrocesso)”.

“Os termos “Cutoff low” e "closed low" muitas vezes são usados alternadamente para descrever centros de baixa pressão em altos níveis. No entanto, nem todas as baixas fechadas são completamente removidas da influência dos oestes básicos. Portanto, o recomendado  é reservar o termo "Cutoff low" apenas para as baixas fechadas que claramente são separadas completamente dos oestes”.

National Oceanic and Atmospheric Administration

Características e identificação

Características dos VCANs

Um VCAN é um sistema baroclínico e seu desenvolvimento está associado a frentes frias e, por conseguinte, a advecção de ar frio na superfície (Ndarana e Waugh, 2010). Em mapas isobáricos, os VCANs podem ser reconhecidos como contornos fechados de geopotencial com um núcleo frio, isto é devido ao fato de que o ar dentro da baixa tem sua origem em uma latitude maior. A intensidade dos mesmos é maior na alta troposfera, e decresce com a altura, sendo possível inclusive uma circulação anticiclônica na superfície (Nieto et al., 2005).

Os VCANs podem ser identificados também num campo de vorticidade potencial, sendo que são sistemas de pressão associados com anomalias altas da mesma, causadas por advecção isentrópica e equatorial de ar estratosférico na troposfera. Esta advecção pode ser quase horizontal podendo também ter uma forte componente de movimento vertical descendente. Dentro da baixa, o ar de origem estratosférica é transportado através das isentrópicas na direção vertical (Ndarana e Waugh, 2010).

A distribuição espacial e sazonal dos VCANs tem-se documentado em estudos climatológicos para o hemisfério Norte (Nieto et al., 2005) e Sul (Fuenzalida et al. 2005). Em ambos, os VCANs tendem a ser mais frequentes em latitudes subtropicais ao longo dos continentes e oceanos adjacentes, sendo menos encontrados nas faixas de tempestade em latitudes médias. Os VCANs no Hemisfério Norte são mais frequentes no verão do que no inverno em todas as três regiões onde prevalecem (América do Norte, Europa do Sul e Sudeste Asiático). Em contraste, a frequência dos VCANs sobre as regiões da América do Sul e da África é máxima no inverno austral, enquanto a frequência dos VCANs sobre a região australiana permanece invariável quase durante o ano (Garreaud e Fuenzalida, 2006).

Os VCANs podem ser classificados de duas maneiras: vórtices do tipo Palmén, os quais se originam nas latitudes subtropicais e os do tipo Palmer, de origem tropical. Os vórtices ciclônicos de origem tropical formam-se nos meses de primavera, verão e outono e, passam a maior parte de suas vidas nos trópicos (Palmer, 1951).

Os vórtices ciclônicos podem também ser classificados como "úmidos" ou "secos", dependendo da quantidade de nebulosidade associada. Os vórtices confinados na média e alta troposfera possuem pouca nebulosidade e são denominados secos. Os vórtices "secos" estão caracterizados por movimento descendente e seco no seu centro. Os vórtices que atingem os níveis mais baixos da troposfera possuem bastante nebulosidade, sendo chamados de vórtices "úmidos". A nebulosidade associada varia, ocorrendo muitas vezes intensa nebulosidade e precipitação e outras vezes o céu está quase claro. Isto sugere uma reversão na circulação vertical (Frank, 1966).

As características meteorológicas dos VCANs podem, em geral, ser representadas por alguns parâmetros físicos como:

a)  Contornos de altura geopotencial em 200 hPa: Durante a fase inicial, o campo de geopotencial em 200 hPa mostra um cavado em altos níveis. Durante as diferentes fases de desenvolvimento do cavado, este assume uma forma tipo omega invertido que leva a uma circulação ciclônica fechada na parte sul do cavado.

 b)   Espessura equivalente: Este campo é caracterizado por uma crista na frente da baixa e um cavado ou um mínimo característico atrás ou no centro da baixa.

c)  Parâmetro de frente térmica (Thermal Front Parameter - TFP): Há duas zonas baroclínicas, uma na frente da baixa, a qual está ligada  a uma banda de nuvens tipo frente, e outra atrás da baixa, ligada  a um limite baroclínico.

d)  Temperatura em 500 hPa: O ar dentro do VCAN é mais frio do que nos arredores. O campo de temperatura mostra um ciclo de vida similar aos dos campos de alturas superiores. (Nieto et al., 2005).

Processo de formação dos VCANs

Como todos os sistemas sinóticos, os VCANs tem um ciclo de vida, que neste caso, pode-se dividir em quatro etapas:

Primeira etapa: cavado em altos níveis
O desenvolvimento de um VCAN requer ondas potencialmente instáveis dentro da camada atmosférica em altos níveis. O campo de temperatura é caracterizado pela onda de temperatura que se situa atrás da onda de geopotencial. Portanto, uma importante advecção fria ocorre dentro da área do cavado. Durante esta fase de desenvolvimento no campo de altura geopotencial, é caracterizada  pelo aumento na amplitude da onda geopotencial e, por vezes, uma diminuição no comprimento de onda. O mesmo desenvolvimento ocorre para as ondas de temperatura.

Figura 1. Primeira Etapa do VCAN (Nieto et al., 2005)

 Segunda etapa: a quebra 
O aumento da amplitude das ondas continua, o cavado se aprofunda, e começa a se separar do fluxo meridional. O ar frio do norte fluindo em regiões do sul é cortado do fluxo geral polar e o ar quente do sul fluindo em regiões do norte é cortado do fluxo subtropical geral. A consequência desse processo é o desenvolvimento de uma baixa em altos níveis dentro da parte sul do cavado.

Figura 2. Segunda Etapa do VCAN (Nieto et al., 2005)

Terceira etapa: o corte 
A separação do fluxo termina e o VCAN é agora muito mais pronunciado. O campo de vento em 200 hPa e, às vezes, até 500 hPa mostra uma circulação fechada bem desenvolvida na área onde ficava o cavado, no caso ideal, a baixa é cortada completamente do fluxo meridional geral.

Figura 3. Terceira Etapa do VCAN (Nieto et al., 2005)

Etapa final: 
O VCAN geralmente funde-se com um cavado em altos níveis no fluxo zonal principal (Nieto et al., 2005).

Figura 4. Etapa Final do VCAN (Nieto et al., 2005)

Métodos  de identificação (visual)

Imagens de Satélite

O procedimento para identificar os vórtices (VCAN) nas imagens de satélite consiste da localização de uma pequena região seca envolvida por uma região ciclônica de ar mais úmido nas imagens horárias de vapor d´água, que poderia ou não estar associada à nebulosidade. Tais características deveriam aparecer ao longo da animação de pelo menos nove imagens consecutivas (dois dias de atuação), e sempre com característica de circulação ciclônica (Duarte, 2010, CPTEC).

Figura 5. Imagem de Satélite GOES-13 23 de Maio de 2014 1700 UTC (CPTEC) 

 Análise dos Campos de Vento e de Vorticidade Relativa

A segunda forma de identificação subjetiva do VCAN se vê com campos de vento e vorticidade relativa no nível de 200 hPa. Neste caso, com os campos sobrepostos, os vórtices podem ser identificados através da localização de uma região que apresentasse circulação ciclônica ao longo de pelo menos dois dias consecutivos (Duarte, 2010, CPTEC).

Identificação do mínimo de geopotencial e circulação fechada em 200 hPa

Aqui, duas características dos VCANs podem ser consideradas, a condição de um mínimo no campo de geopotencial em 200 hPa e o isolamento do sistema da circulação geral dos ventos de oeste na troposfera superior.

Análise do campo de espessura equivalente

Este parâmetro é a espessura da camada atmosférica entre duas superfícies de pressão. Em um VCAN, este campo é caracterizado por uma crista de espessura na frente da baixa. Assim, a espessura equivalente para leste do ponto central tem de ser mais elevada do que no ponto central.

 Análise do campo de vorticidade potencial

Os VCANs são caracterizados por um colapso na parte central da tropopausa que origina áreas com altos valores de vorticidade potencial em seu interior. Esta característica dos VCANs é a que tem sido usada frequentemente para determinar sua posição (Hernández, 1999). O critério para a detecção de um VCAN é um contorno fechado de, pelo menos, aproximadamente duas unidades de vorticidade potencial (UVP; 1 = 06/10 M2S UVP kg-1K-1).

Exemplo

Identificação do VCAN (Maio, 22-24, 2014)

1) Detecção do VCAN nas Imagens de Satélite d´ vapor de água

Figura 6. Gif animado, Imagens GOES13 do canal de vapor d´água (CPTEC) 

Como  pode ser visto na animação de imagens de vapor d´ água, o VCAN está localizado na costa norte do Chile e pode ser claramente identificado como a circulação ciclônica sobre o Pacífico associada com as nuvens na imagem (dentro do círculo vermelho).

2) Detecção do VCAN no mapa de Vento e Vorticidade Relativa

Figura 7. Gif animado, vento em barbelas (200 hPa), voticidade relativa, (vermelho) positiva  e (azul) negativa (200 hPa)
 (Dados obtidos da análise de GFS (1°x1°))

Na animação de vorticidade relativa pode-se observar o VCAN como um núcleo de vorticidade negativa (ciclônica no H.S.) dentro de uma circulação fechada.

3) Detecção do VCAN mediante a identificação de um mínimo de geopotencial 

Figura 8. Gif animado, vento  em vetores (200 hPa),  altura geopotencial (200 hPa)
 (Dados obtidos da análise de GFS (1°x1°))

Na animação do campo de altura geopotencial pode-se observar o VCAN como um mínimo de geopotencial fechado que se origina de um cavado, este coincide com o núcleo de vorticidade negativa visto na  animação anterior e se explica devido ao fato de que os VCANs são de núcleo frio.

4) Detecção do VCAN no mapa de espessura (200/500 hPa)

Figura 9. Gif animado, vento médio em barbelas (200/500 hPa),  espessura (200/500 hPa)
 (Dados obtidos da análise de GFS (1°x1°))

Na animação do campo de espessura pode-se observar quase a mesma configuração que no campo de altura geopotencial e o VCAN pode identificar-se por ter uma espessura menor no centro que nos arredores e estar asociado a uma circulação fechada.

5) Detecção do VCAN  com Vorticidade Potencial

Figura 10. Gif animado, vento em barbas (200 hPa), voticidade potencial, (vermelho) positiva  e (azul) negativa (200 hPa) 
(Dados obtidos da análise de GFS (1°x1°))

Na animação de vorticidade potencial pode-se observar o VCAN como um núcleo de vorticidade negativa (ciclônica no H.S.) muito intensa e que tem mais de 2 UVP, dentro de uma circulação fechada.

6) Determinação da localização do VCAN

Figura 11. Gif animado, vento em barbelas e altura geopotencial, linhas roxas (500 hPa), voticidade potencial (300 hPa)
 (Dados obtidos da análise de GFS (1°x1°))

Usando as ferramentas mencionadas acima, o VCAN pode ser observado com uma melhor definição na última animação, considerando suas características principais, mediante uma sobreposição das variáveis e com uma escala apropriada.

Exemplo para avaliação

Notícia: VCAN atuando na região litorânia do Nordeste brasileiro entre 18UTC do dia 02/11/2013 e 00UTC do dia 06/11/2013. Noticiado por Rodolfo Alves no endereço eletrônico: <http://www.abaixodezero.com/viewtopic.php?t=15384>. Acessado em 18/06/2015.
Dados: ERA Interim - ECMWF. Disponível em: <http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/>. Acessado em 18/06/2015.
Gráficos: Campos gerados no GrADS em formato .gif foram animados no endereço eletrônico: <http://gifmaker.me/>. Acessado em 18/06/2015.

1) Detecção do VCAN pelas imagens de satélite no canal do vapor d' água.

Figura 6 - Gif animado das imagens de satélite no canal do vapor d' água do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013. Fonte: CPTEC/INPE/DSA. Disponível em: <http://satelite.cptec.inpe.br/acervo/goes.formulario.logic>. Acessado em 18/06/2015.

2) Detecção do VCAN no mapa de Vento e Vorticidade Relativa.

Figura 7 -Gif animado dos campos de vento horizontal (m/s) e vorticidade relativa (10-5*s-1) em 200hPa do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013.

3) Detecção do VCAN mediante a identificação de um mínimo de geopotencial .

Figura 8 - Gif animado dos campos de vento horizontal (m/s) e altura geopotencial (mgp) em 200hPa do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013.

4) Detecção do VCAN no mapa de espessura (200/500 hPa).

Figura 9 - Gif animado dos campos de espessura (mgp) e vento médio (m/s) na camada entre 200 e 500 hPa do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013.

5) Detecção do VCAN  com Vorticidade Potencial

Figura 10 - Gif animado dos campos de vento horizontal (m/s) e vorticidade potencial (10-6*K*kg-1*m2*s-1) do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013.

6) Determinação da localização do VCAN

Figura 11 - Gif animado dos campos de vento horizontal (m/s) e altura geopotencial (mgp) em 500hPa  e campo de vorticidade potencial (10-6*K*kg-1*m2*s-1) em 300hPa do dia 02 ao dia 06 de novembro 2013.

Referências

• Duarte Leal Coutinho, M., Gan, M.A., & Rao, V.B., 2010. “Método objetivo de identificação dos vórtices ciclônicos de altos níveis na região tropical sul: Validação”. Revista Brasileira de Meteorologia, V.25, n.3: 311-323.
• Hernández, A., 1999: “Un Estudio Estadístico sobre Depresiones Aisladas en Niveles Altos (DANAS) en el Sudoeste de Europa basado en Mapas Isentrópicos de Vorticidad Potencial”, IV Simposio Nacional de Predicción, Instituto Nacional de Meteorología, Madrid, Centro de Publicaciones, Secretaría General Técnica, Ministerio de Medio Ambiente (Serie Monografías), pp. 235-240.
• Frank, N.L., 1966. “The weather distribution with upper tropospheric cold lows in the tropics”. U.S Weather Bureau, Southern Region, Technical Memorandum n° 28.
• Fuenzalida, H.A., Sanchez, R., & Garreaud, R.D., 2005: “A climatology of cutoff lows in the Southern Hemisphere”. J. Geophys. Res., 110, D18101, doi: 10.129/2005JD005934.
• Garreaud, R.D., Fuenzalida, H.A., 2006: “The Influence of the Andes on Cutoff Lows: A Modeling Study*” Mon. Wea. Rev., 135, 1596-1613.
• Ndarana, T., & Waugh, D.W., 2010. “The link between cut/off lows and Rossby wave breaking in the Southern Hemisphere”. Q.J.R.M.S 136: 869-885.
• Nieto, R., Gimeno, L., De la Torre, L., García-Herrera, R., García, J.A., Nuñez, M., Redaño, A., & Lorente, J., 2005. “Climatological Features of Cuttoff Low Systems in the Northern Hemisphere”. J. Climate, 18, 3805-3813.
• Palmén, E., 1949: “On the origin and structure of high-level ciclones south of the maximum westerlies”. Tellus, 1, 22–25.
• Palmer, C.E., 1951. “On high-level cyclones originating in the tropics”. Transactions of Americam Geophysics Union, 32(5):683-695.

• http://glossary.ametsoc.org/wiki/Cut-off_low
• http://forecast.weather.gov/glossary.php?word=cutoff%20low
• http://climanalise.cptec.inpe.br/~rclimanl/boletim/cliesp10a/vociclo.html
• http://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/SatManu-eumetsat/SatManu/CMs/ULL/backgr.htm
• http://satelite.cptec.inpe.br/acervo/goes.formulario.logic