Zona de forte gradiente de temperatura, umidade e vorticidade. Uma zona de confluência ao longo da frente. Movimento vertical. Grande estabilidade estática.

• Zona de forte gradiente de temperatura, umidade e vorticidade.

• Uma zona de confluência ao longo da frente.

• Movimento vertical.

• Grande estabilidade estática.

• Um mínimo relativo de pressão, isto é, uma baixa.

• Mudanças rápidas das propriedades das nuvens e da precipitação.

• Forte cisalhamento vertical e horizontal ao longo da frente.

* Estas propriedades não, necessariamente, coincidem espacialmente ou movem com a mesma velocidade.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS– CARACTERÍSTICAS GERAIS

• Estão associadas às ondas baroclínicas de latitudes médias (o cisalhamento vertical do vento está diretamente ligado a gradientes horizontais de temperatura).

• Agem no sentido de diminuir o gradiente horizontal de temperatura (levando o ar polar para a região tropical e ar tropical para a região polar).

• Causam variações na distribuição de precipitação e temperatura em quase todo o país.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – DEFINIÇÃO– DEFINIÇÃO

Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC.Fonte: Czarnobai et al., 2006.

• Zona frontal: quando duas massas de ar de diferentes regiões de origem e, portanto com diferentes características, aproximam-se, formam uma zona de transição chamada zona frontal, caracterizada pelos elevados gradientes horizontais de temperatura e umidade (Kousky e Elias, 1982). Em alguns casos esta zona é bastante abrupta enquanto em outros ela pode ser bastante gradual.

• As frentes são classificadas de acordo com o movimento relativo das massas de ar quente e fria envolvidas:

• Frente fria (quente): linha de confluência que define o limite entre uma massa de ar quente homogênea e a zona frontal. Borda anterior (posterior) da zona frontal, quando o ar frio (quente) avança e substitui o ar mais quente (frio) (Wallace e Hobbs, 1977).


Esquema que ilustra frente fria e frente quente para o Hemisfério Sul.


Frente Fria Frente Quente

Se a massa fria avança em direção à massa quente, a frente é denominada FRIA

Se a massa quente avança em direção à massa fria, a frente é denominada QUENTE

• Quando ocorre o encontro de duas massas de ar, elas não se misturam imediatamente. A massa mais fria (mais densa) é sobreposta pela massa mais quente (menos densa), formando uma zona de transição, denominada de frente.

• Frente estacionária: quando não há o avanço do ar frio e quente relativamente um ao outro.

• Frente oclusa: ocorre quando o setor frio (move-se mais rápido) de uma frente alcança o setor quente, e o ar quente é forçado a subir. A camada limite onde a frente fria encontra a frente quente é chamada de frente oclusa.


Esquema que ilustra frente estacionária para o Hemisfério Sul.

• Um sistema frontal clássico é geralmente composto de frente fria, frente quente e centro de baixa pressão na superfície (ciclone).


• Na superfície frontal, o ar frio e denso ao descer força o ar quente a subir e se condensar em uma série de nuvens cumuliformes.

• O vento de altos níveis desprende cristais de gelo do topo dos Cbs formando uma faixa de cirrus.

• A inclinação da superfície frontal está relacionada com a velocidade da frente: para frentes rápidas (12m/s), a inclinação é de 1 para 50; para frentes lentas (7m/s), a inclinação é de 1 para 100.


FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – CARACTERÍSTICAS GERAIS: SP– CARACTERÍSTICAS GERAIS: SP

• No inverno, o vento dois dias antes da passagem é de noroeste o que implica em um ar quente e seco, como mostra a UR maior para o dia -2 em relação ao dia seguinte.

• Para o inverno e verão o vento médio no dia da passagem e nos dois que seguem são de sudeste, trazendo para São Paulo ar frio.

• Diferentemente do inverno no qual a UR diminui um dia antes da passagem da frente fria, para o verão há um pequeno aumento.

• A temperatura sofre um aumento um dia antes da passagem e uma diminuição um dia depois.

• A pressão diminui um dia antes da passagem e sobe nos dois dias que seguem.

Síntese das variáveis meteorológicas na passagem de frentes frias na cidade de São Paulo (1981-2002).Fonte: Dametto e Rocha, 2006.

• Mudanças importantes nas condições de tempo são observadas durante a passagem de uma frente fria, tais como: mudança da direção do vento, presença de nuvens e precipitação, variações no conteúdo de umidade, decréscimo da temperatura, aumento da pressão atmosférica, forte cisalhamento vertical e horizontal (Petterssen, 1956).

• Após a passagem de uma frente fria, normalmente, observa-se queda de temperatura acentuada, aumento de pressão, rajadas de vento, quando o gradiente de pressão é intenso, e a precipitação cessa.

• Nas Regiões Sul e Sudeste do Brasil os ventos em baixos níveis têm direção de nordeste influenciados pela presença da alta subtropical que fica climatologicamente situada sobre o Oceano Atlântico. Numa situação pré-frontal o vento gira tipicamente para noroeste e depois para sudoeste e sudeste na medida em que a frente passa.


Síntese das variáveis meteorológicas na passagem de frentes frias na cidade de São Paulo (1981-2002).Fonte: Dametto e Rocha, 2006.

• As frentes frias que atingem o Sudeste do Brasil são orientadas na direção noroeste-sudeste com deslocamento típico de sudoeste para nordeste.

• Algumas frentes atingem latitudes mais baixas, chegando na região amazônica inclusive, provocando o fenômeno conhecido como friagem descrita em Marengo et al. (1997).


• Cθe: gradiente na região frontal, onda com altos (baixos) valores na vanguarda (retaguarda).

• CAθe: advecções positiva (negativa) na vanguarda (retaguarda). O CAθe é um ótimo identificador para o início de uma ciclogênese.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO– EXEMPLO

Imagem de satélite com campos sobrepostos em 850hPa para o dia 30/04/2005 às 18UTC: PNM (hPa) e LC; Cθe(K) e advecção de temperatura (°C/s*103); CAθe(K/s*103). Fonte: Cruz et al., 2008.

• Iniciou o processo de oclusão do sistema (CAθe).

• A frente fria estende-se sobre a costa do NEB, organizando e intensificando a convecção sobre o centro-norte do Brasil.

• Padrão clássico: advecção de ar quente na vanguarda e frio na retaguarda.

• Forte adv. + de θe na vanguarda evidencia a entrada de ar úmido proveniente da esteira transportadora da zona frontal e do flanco NW do anticiclone a leste.

• Forte adv. - de θe na retaguarda, confirmando o deslocamento de ar seco na região do anticiclone pós-frontal e mostrando o posicionamento da rampa frontal.



• O Cθe mostra a região oclusa com o rompimento do padrão ondulatório, formando dois núcleos bem definidos.

• Na vanguarda do sistema, é possível observar uma extensa região apresentando valores positivos de advecção de θe, conectando-se a vanguarda de outro ciclone mais ao sul.

• Na retaguarda da frente fria, há uma extensa região com advecções negativas de θe, indicando seu posicionamento.



• No setor ocluso do sistema, são observadas advecções positivas de θe na retaguarda do centro do vórtice (entre a oclusão e o anticiclone pós-frontal), com sentido SW-NE. Essa faixa com advecções positivas de θe atravessa a frente fria, recebendo um incremento advindo de outra extremidade frontal mais ao sul, associada a família de ciclones passando em torno dos 55S de latitude.

• Na vanguarda do centro do vórtice (entre a oclusão e frente quente), são observadas advecções negativas de θe, no sentido SW-NE. Essa faixa com advecções negativas de θe atravessa a frente fria, estendendo-se para SW onde corta a frente quente. Tal configuração demonstra claramente a ruptura total do sistema, apresentando a separação do setor ocluso e a fratura das frentes.




Modelo conceitual para evolução de um ciclone mostrado na baixa troposfera, com campo de pressão, CAθ e e frentes: (I) disparo ciclogenético; (II) perturbação na onda; (III) estreitamento do setor quente; (IV) oclusão e (V) fratura das zonas frontais. Fonte: Cruz et al., 2008.

• Síntese para o modelo conceitual do evento: aplicável a sistemas que surgem próximo a regiões subtropicais e se deslocam para baixas latitudes.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – CICLO DE VIDA– CICLO DE VIDA

Modelo conceitual para evolução de um ciclone mostrado na baixa troposfera, com campo de pressão, CAθ e e frentes: (I) disparo ciclogenético; (II) perturbação na onda; (III) estreitamento do setor quente; (IV) oclusão e (V) fratura das zonas frontais. Fonte: Cruz et al., 2008.

• Variação de temperatura de até 20°C ao longo do sistema frontal.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – EXEMPLO TRIDIMENSIONAL– EXEMPLO TRIDIMENSIONAL

Frente Termal – isoterma de 10°C, 24/08/2005 às 00UTC.Fonte: Czarnobai et al., 2006.Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC.

Fonte: Czarnobai et al., 2006.

• As linhas de corrente na vertical correspondem a 10000 vezes o valor real.

• O centro da circulação ciclônica (em vermelho, latitude 40°S) indica que ocorre convergência do vento, caracterizando-se assim o centro da baixa pressão.


Velocidade vertical relativa e linha de corrente do vento, 24/08/2005 às 00UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.

Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.

• Para a identificação do sistema, geralmente observa-se a área em que ocorre confluência dos ventos.

• Essa convergência do vento estende-se até 700 hPa, sendo associada à atuação do sistema frontal.


Convergência do vento, 24/08/2005 às 00UTC.Fonte: Czarnobai et al., 2006.

Imagem de satélite GOES, 24/08/2005 às 12UTC. Fonte: Czarnobai et al., 2006.

• Frontogênese: formação ou intensificação de uma frente através do aumento do gradiente de temperatura (densidade), isto é, quando ocorre um aumento na concentração de isotermas (isopicnas).

• Mecanismos que favorecem a frontogênese:

• Campo de deformação horizontal (frentes frias entre dois anticiclones).

• Campo de cisalhamento horizontal (confluência de massas de ar).

• Campo de dilatação vertical (região de baixa pressão).

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – FORMAÇÃO– FORMAÇÃO

Deformação horizontal.

Dilatação vertical.

Cisalhamento horizontal.

Situação sinótica esquemática na qual o campo de deformação horizontal é dominante sobre o continente sul americano. Linhas cheias são isóbaras, linhas tracejadas são isotermas, as flechas representam o campo do fluxo no qual o eixo de dilatação é destacado.

• Frontólise: enfraquecimento ou destruição de uma frente (Petterssen, 1956) através da diminuição do gradiente de temperatura.

• Mecanismos que favorecem a frontólise: liberação de calor latente, atrito com a superfície, turbulência e mistura, e radiação.

• Movimentos verticais diferenciados podem ser frontogenético ou frontolítico.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – DISSIPAÇÃO– DISSIPAÇÃO

Movimento vertical.

Satyamurty e Mattos, 1989

• Dados mensais do National Meteorological Center (NMC) de 1975-1981.

• Função frontogenética depende da deformação horizontal (D) e do campo de divergência (ς) (Pettersen, 1956):

onde é o ângulo entre o eixo de dilatação e o gradiente de temperatura. Se F é positivo (negativo) as isotermas tendem a se aproximar (afastar) – frontogênese (frontólise).

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA– CLIMATOLOGIA

2cosDT21F

2/122

yT

xTT

2/122

21 DDD

yu

xvD1

yv

xuD2

yv

xu

2

1D

D)2tan(

x

Ty

Ttan

Representação esquemática do eixo de dilatação e contração do campo de deformação.Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.

• Regiões frontogenéticas: na ZCPS, sudoeste da África e da Austrália, na parte sul da AS e no Oceano Atlântico Subtropical.• A frontogênese no HS é menos intensa do que no HN.


Função frontogenética climatológica em 850hPa para os meses de janeiro, abril, julho, outubro e anual. As linhas tracejadas (contínuas) representam frontólise (frontogênese). Fonte: Satyamurty e Mattos, 1989.

ZCPSZCPS

• Uma linha orientada NW-SE passando pelo Rio de Janeiro separa a região frontogenética, ao sudoeste, da região frontolítica, ao nordeste.

• As bandas frontogenéticas e frontolíticas no HS são alinhadas NW-SE.



ZCPSZCPS

• Relação com as zonas de convergência do HS (ZCPS e ZCAS).

• Sobre o centro-sul da Argentina, na AN e Japão a função frontogenética é mais forte em janeiro (verão no HS e inverno no HN).



ZCPSZCPS

• O sul da AS é a única região do HS que apresenta condições frontogenéticas quase o ano todo.

• A região equatorial não é frontogeneticamente ativa devido ao fraco .



ZCPSZCPS

T

• A região frontogenética mais intensa em janeiro está situada no sul da Argentina e migra para norte em julho ocupando o noroeste da Argentina e vizinhança.



ZCPSZCPS

• Relação com as montanhas (Cordilheira dos Andes, Himalaia e Rochosas).

• As ondas baroclínicas de latitudes médias modificam-se ao atravessar os Andes e interagem com a circulação atmosférica sobre a AS.



ZCPSZCPS

• Os cavados vindos do Pacífico Sul se desenvolvem como frentes depois de atravessarem a Cordilheira dos Andes sobre o norte e leste (sul) da Argentina no inverno e primavera (verão e outono). Estas frentes adquirem um movimento para nordeste e estão associadas a centros de baixa pressão com movimento leste-sudeste (Satyamurty e Mattos, 1989).

• As frentes podem se acoplar com mecanismos típicos de convecção, intensificando-se e permanecendo ativas durante vários dias (meses de primavera e verão).


Dametto e Rocha, 2006

• Os dados utilizados para estabelecer a climatologia das passagens frontais na cidade de São Paulo são as observações diárias entre 1981 e 2002 realizadas na estação meteorológica do IAG-USP.

• O critério utilizado para a identificação das frentes considerou o giro do vento meridional do quadrante norte para sul, sua manutenção no quadrante sul por pelo menos 24 horas e queda de temperatura entre o dia e mais dois dias após o giro do vento.

FRENTES E FRONTOGÊNESE FRENTES E FRONTOGÊNESE – CLIMATOLOGIA: CIDADE DE SP– CLIMATOLOGIA: CIDADE DE SP

• No litoral Sudeste do Brasil, Oliveira (1986) e Justi da Silva e Silva Dias (2000) encontraram um número de sistemas frontais relativamente maior no inverno comparado ao verão.

• No verão as frentes frias tendem a atuar por mais tempo (frentes estacionárias), associadas à Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), produzindo chuvas por uma vasta região por muitos dias.

• No inverno, são as principais (senão a única) causadoras das bruscas e acentuadas quedas de temperatura.


Frequência absoluta de frentes frias sobre São Paulo entre 1981-2002. Fonte: Dametto e Rocha, 2006.

• Os maiores valores de frequência para o intervalo entre uma passagem frontal e outra são de 3 a 5 dias.

• Presença de eventos extremos: São Paulo fica mais de 15 dias sem ser afetada por passagem frontal, em ambas as estações.


Distribuição de frequência do número de dias de intervalo entre passagens de frentes frias para o verão e inverno (1981-2002).Fonte: Dametto e Rocha, 2006.

05/06 – 28/07/198207/01 – 10/02/1998

CICLONES E CICLOGÊNESE CICLONES E CICLOGÊNESE – REFERÊNCIAS– REFERÊNCIAS

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