Ciclones tropicais: Definição
Tratam-se de tempestades que se originam em latitudes tropicais; incluem depressões, tempestades tropicais, furacões, tufões, e ciclones. Estes vários tipos de tempestades são similares; sua principal diferença é ONDE se formam. FURACÕES (em inglês hurricane) são ciclones tropicais que ocorrem no Oceano Atlântico e a leste do oceano Pacífico Central. CICLONES é o termo mais específico que é freqüentemente utilizado para descrever ciclones tropicais que se formam no Oceano Índico e próximo da Autrália. Embora vamos falar mais especificamente de furacões (ciclones tropicais com ventos sustentados de pelo menos 120km/h) os conceitos podem ser igualmente aplicados para tufões ou ciclones.
A estação dos furacões.
Os ciclones tropicais são mais prováveis de ocorrer em tempos específicos durante o ano. Por exemplo, na América do Norte, a estação dos furacões começa oficialmente entre 1 de Junho a 30 de Novembro. Contudo, a maioria dos furacões ocorre durante Agosto, Setembro, e Outubro, quando as águas dos oceanos tiveram tempo suficiente para aquecer. Os furacões que atingem os Estados Unidos são usualmente originários do Oceano Atlântico, do Mar do Caribe e do Golfo do México (entre 10oN a 30oN).
Muitos furacões também se formam no Oceano Pacífico para fora da costa oeste da América do Norte e se movem para oeste em direção ao Pacífico central, embora muitas dessas tempestades podem fazer um círculo para trás e atingir a costa noroeste do México. Durante a estação de furacões, a região real de formação se move, estando ligeiramente a norte no começo da estação que no final da mesma. A estação de furacões no Oceano Pacífico central e leste, a estação de tufões no Pacífico oeste e a estação de ciclones no Oceano Índico e próximo da Austrália são ligeiramente diferentes.
A estrutura de um furacão.
Um ciclone tropical é definido como um vórtice atmosférico com rotação ciclônica (horária no Hemisfério Sul e anti-horária no Hemisfério Norte) que varia de algumas centenas de kms até ~ 3.2 mil kms. Estão associados com um centro de baixa pressão e nuvens convectivas que estão organizadas em bandas espirais, com uma massa de nuvens convectivas sustentada no ou próxima ao centro. De forma diferente dos sistemas de latitudes médias, furacões e outros ciclones tropicais são tempestades sem frentes associadas. Mas como outras tempestades, são caracterizadas por uma baixa pressão central e ventos que sopram ciclonicamente em volta daquele centro.
As pressões mais baixas no centro de um furacão tipicamente variam entre 920 a 980hPa. Furacões normalmente tem um olho na região central onde ar úmido está afundando em direção à terra. O olho pode chegar a 50km em diâmetro; desenvolve-se conforme o vento aumenta e espirala em torno do centro da baixa pressão. O olho de um furacão pode ser livre de nuvens ou ter uma cobertura de nuvens (conhecida como ‘cobertura de nuvens central densa – central dense overcast’) que produz muito menos chuva que as regiões ao redor. O tempo dentro do olho de um furacão pode ser calmo e agradável, freqüentemente fazendo com que as pessoas se enganem e acreditem que a tempestade já passou. Em muitos casos, as pessoas deixam seus abrigos durante a passagem do olho, pensando que a tempestade acabou, apenas para serem ‘cumprimentadas’ pela outra metade da tempestade. As Figuras 1 e 2 mostram o olho do furacão Ivan (categoria 5) que atingiu os Estados Unidos em 2004 e os detalhes do olho do furacão Emily. Notem como o olho é relativamente livre de nuvens mas circundado por uma parede de nuvens bastante espessas.
Fig. 1. Furacão Ivan (Categoria 5). Imagem GOES-VIS (13/09/2004)
O ar flui dentro da base de um furacão e espirala em torno do olho da tempestade. Vapor de água no ar condensa, e uma espessa banda de nuvens se forma. Estas bandas são vistas como braços de nuvens que espiralam em torno da porção central da tempestade. Consistem de nuvens muito espessas e tempestades que podem ser muito violentas e trazer chuva muito pesada, ventos fortes e ocasionalmente tornados. Bandas de nuvens densas e linhas de tempestade podem ser claramente vistas nas Figs. 1 e 2, especialmente na parte sudeste e norte do furacão. Também associadas com um furacão estão as ‘marés de tempestade (storm surge)’, que significam um aumento no nível da água nas regiões costeiras devido ao efeito combinado de ventos, ondas e pressão reduzida no centro da tempestade. Estas marés e os alagamentos associados constituem-se nos mais perigosos e mortais efeitos de um furacão.
As velocidades do vento variam dentro de um furacão, atingindo um máximo logo fora do olho, em uma estrutura chamada de ‘parede do olho (eye wall)’. A parede do olho contém as chuvas mais pesadas também. Um furacão típico pode apenas ter 500km de diâmetro. Contudo, podem apresentar ventos que se aproximam de 320km/h, embora atingem mais tipicamente 160km/h., o que é forte o suficiente para arrancar telhados de edifícios e causar considerável estrago. Lembre-se que essas velocidades são ventos sustentados (isto é, constantes por um longo tempo)! As Figs. 3 e 4 mostram a estrutura vertical dos ventos em um furacão. A Fig. 3 mostra o exemplo do furacão Mitchel enquanto a Fig. 4 mostra uma média obtida para diversos furacões (veja legendas nas respectivas figuras). Se um furacão fosse simétrico e se não estivesse movendo, as velocidades dos ventos seriam aproximadamente consistentes nos dois lados do olho. Mas porque os furacões se movem, os ventos no lado direito do caminho do movimento tendem a ser mais fortes. Os ventos no lado esquerdo do olho tendem a ser mais fracos. Isto é porque os ventos são um resultado da combinação da velocidade de rotação e da velocidade na qual o furacão viaja.
- Para pensar: Supondo um furacão no Atlântico Sul que fosse atingir o Brasil, haveria alguma modificação no lado do olho com maior intensidade de ventos em relação ao observado no HN?
Fig. 2. (superior) Furacão Ivan 13/09/2004, 20:00z . (inferior) “Close-up” no olho do furacão Emily.
A estrutura da temperatura de um furacão é tal que o olho é mais quente que as regiões vizinhas em vários graus. Esta diferença em temperatura é uma característica muito importante no estudo da intensidade de um furacão, uma vez que tipicamente, quanto maior o gradiente de temperatura, mais intensa é a tempestade. Meteorologistas usam a curva de realce chamada de BD para observar o gradiente de temperatura nos topos das nuvens que circundam o olho das tempestades. Usando a curva de realce BD os topos mais frios aparecem em branco nas imagens e devem ser as regiões onde a tempestade é mais forte. Quanto maior o gradiente de temperatura entre o olho e a parede mais fria, mais violenta é a tempestade. Exemplo de uma imagem Infravermelho realçada (com cores) encontra-se na Fig. 5.
O cliclo de vida de um furacão:
O desenvolvimento de um ciclone tropical ocorrerá apenas quando condições muito específicas existirem. Um furacão origina-se como um distúrbio tropical com ventos relativamente fracos, uma fraca área de pressão baixa, nebulosidade extensa e alguma precipitação. Muitos destes distúrbios existem em qualquer dado tempo nos trópicos, mas muito poucos evoluem para furacões uma vez que as condições requeridas para tal são muito específicas (veja Tabela.1). A principal fonte de energia é um ar quente e úmido sobre o oceano; portanto, requer oceanos com temperaturas quentes para se desenvolver. O ar sobre o oceano precisa também estar muito quente e úmido. Conforme o ar sobe através da tempestade, o vapor se condensa em água líquida. Cada gota de água que se condensa libera uma certa quantidade de energia, conhecida como calor latente, o qual é o principal combustível de um furacão. Se uma tempestade em desenvolvimento encontra águas mais frias ou terra, esta fonte de energia é perdida e a tempestade irá enfraquecer. Para um furacão se formar, os ventos em todas as altitudes precisam estar na mesma direção. O CISALHAMENTO DO VENTO refere-se à condição na qual a direção do vento e a velocidade mudam dentro dos 15km inferiores da atmosfera. Quando o cisalhamento do vento está presente, a tempestade freqüentemente não consegue se formar como um sistema organizado. Ocasionalmente, quando todas as condições requeridas estão presentes, um distúrbio tropical se desenvolve em uma depressão tropical, um sistema fechado de baixa-pressão. Conforme a pressão cai, os ventos em torno da baixa-pressão aumentam, mas permanecem menores que 60km/h. Para uma depressão atingir um estágio de tempestade tropical, uma rotação distinta precisa existir em torno da área central da baixa-pressão e os ventos precisam atingir velocidades entre 60 e 120km/h. Neste ponto, uma tempestade tropical recebe um nome. Para atingir um estágio de furacão precisa ter uma rotação pronunciada em torno do centro da baixa pressão e velocidades dos ventos de pelo menos 120km/h. Uma vez que a tempestade se transforma em um furacão, pode durar por vários dias; contudo, conforme fica mais velha encontra terra ou águas oceânicas frias e perde sua fonte de energia, e começa a enfraquecer. Pode então retornar ao grau de depressão tropical e, eventualmente, morrer, tornando-se uma área de fortes chuvas.
| TABELA. 1 CONDIÇÕES PRECURSORAS DO DESENVOLVIMENTO DE UM CICLONE TROPICAL |
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Fig. 3. Perfil Vertical do vento no furacão Mitch em mph (conversão 1mph = 1.852 km/h e 1ft = 0.303m);
Fig.4. Perfil vertical médio da velocidade do vento de várias tempestades. Tratam-se de velocidades do vento relativas ao que foi observado em 700hPa (que está aproximadamente em 3000m). A curva azul mostra a velocidade na parte mais externa do vórtice (124 furacões avaliados) enquanto a curva vermelha mostra a velocidade no olho do furacão (215 furacões analisados).
Fig. 5. Imagem Infravermelho realçada do Furacão Floyd. Em vermelho estão os topos mais frios.
Observando-se o desenvolvimento e estimando a intensidade de um furacão
Em meteorologia por satélite, o desenvolvimento de um ciclone tropical é analisado estudando-se o padrão de nuvens e determinando como estes mudam com o tempo. Observações repetidas de um ciclone tropical fornecem informações da intensidade e do estágio de crescimento e decaimento de uma tempestade. A Fig. 6 mostra um modelo de desenvolvimento de um ciclone tropical, conforme observado por satélite. Este método de análise de intensidade está baseado no grau de espiralamento das bandas de nuvens. Os diagramas no topo do gráfico ilustram as mudanças dia-a-dia na forma das bandas da nuvem para cada fase típica da tempestade. O eixo vertical do gráfico mostra o “Tropical-number (T-number)” do ciclone. Este número é indicativo da intensidade da tempestade. Normalmente, um ciclone exibirá uma taxa de crescimento de 1 T-number por dia. A linha reta representa a mudança de intensidade e a taxa de crescimento típico de um furacão.
Fig. 7. Esquematização da evolução de uma tempestade tropical desde o estágio pré-tempestade ao de furacão, conforme seria visto por satélite. No canto esquerdo da figura estão indicadas as pressões no centro e as velocidades dos ventos mínimas para cada estágio.
A linha ondulada superposta ao gráfico representa o grau de variabilidade esperado da intensidade dia-a-dia.
Este gráfico pode ser usado como um modelo conceitual para a estimativa da intensidade do furacão e a taxa de desenvolvimento do mesmo. Quando um ciclone observado mostra o mesmo crescimento diário na banda espiral como o diagrama mostra, a tempestade está se desenvolvendo a uma taxa de crescimento considerada típica. Se a banda curvada da espiral desenvolve-se mais rapidamente ou mais lentamente, a taxa de crescimento é considerada como rápida ou lenta, respectivamente.
A pressão central associada e as velocidades dos ventos são observadas abaixo de cada T-number. O estágio inicial do desenvolvimento do ciclone tropical é primeiramente reconhecido quando as linhas de nuvens curvam e as bandas de nuvens definem um centro de um sistema de nuvem próximo ou dentro de uma camada de nuvem profunda. Este estágio refere-se ao estágio T1. O estágio T2 deve aparecer aproximadamente 24 horas depois. Quando as bandas espirais curvam-se pela metade em torno do centro do distúrbio, o estágio de uma tempestade tropical fraca (T2.5) é atingido. O estágio mínimo de furacão (T4) é observado quando a banda de nuvens envolve completamente o centro. Uma vez que o olho é observado (T4.5), a continuação da intensificação está indicada por um aumento da definição do olho, aumento da cobertura de nuvens (mais uniforme ), ou o envolvimento do olho na cobertura densa de nuvens.
Enquanto as condições permanecerem favoráveis, um ciclone tropical deve atingir sua máxima intensidade quatro a seis dias após o estágio T1 ser observado. Este período de tempo varia de acordo com a direção em que o furacão está viajando. Para tempestades que viajam para norte (lembre-se que estamos falando dos furacões do Hemisfério Norte – na realidade, o movimento no Hemisfério sul seria para Sul, em direção as mais altas latitudes), a intensidade máxima é esperada em quatro dias (isto é válido para os furacões que atingem a região do Caribe). Um movimento de tempestade para noroeste (sudoeste no HS) é esperado atingir um máximo de intensidade em 5 dias, enquanto uma tempestade que se move para oeste é esperada atingir um máximo em 6 dias. Um furacão atingirá seu estágio de decaimento quando mover-se para fora da região onde temperaturas oceânicas são quentes o suficiente ou quando mover-se sobre a terra.
Movimento e traçado dos furacões
Monitorar e prever o movimento dos furacões é extremamente importante uma vez que furacões são muito destrutivos e podem matar muitas pessoas. Enchentes, ventos fortes, ondas oceânicas e tornados podem ser todos parte das forças destrutivas associadas a um furacão. Estudar o movimento de um furacão permite que áreas costeiras e navios no par sejam avisados em tempo para se prepararem para uma tempestade. A precisão desse monitoramento também é muito importante. Se as tempestades não são previstas de forma correta, pessoas podem ser pegas de surpresa. Se repetidos avisos de alerta de um furacão forem falsos ou imprecisos, os mesmos não serão mais tomados com seriedade pelas pessoas e estas passarão a ignorá-los.
Após seu estágio inicial de desenvolvimento, um furacão mostra tipicamente seu primeiro movimento para oeste guiado pelos ventos alíseos. Os efeitos combinados de ventos predominantes e de Coriolis farão com que a tempestade comece a tomar uma direção para norte ou nordeste (sul ou sudeste no HS). Este caminho é bastante típico para os furacões no Hemisfério Norte, mas muitas tempestades não seguem esta trajetória clássica. Algumas movem erraticamente, algumas fazem um giro (‘loop’) e algumas movem-se em direções não-usuais.
O uso de imagens de satélite, o traçado da posição de uma tempestade é aproximadamente direto quando um olho está presente. Quando o olho não pode ser discernível, é muito mais difícil localizar o centro da circulação porque esta se encontra provavelmente coberta por nuvens altas e de nível médio. Uma vez que a posição da tempestade está determinada, é feita uma carta de traçado do furacão, onde a data e o tempo da observação é anotado. A direção e velocidade do movimento do furacão podem ser freqüentemente estimadas em posições futuras aproximadamente previstas simplesmente pela extrapolação do caminho prévio.
Estudo de caso.
Dois estudos de caso serão discutidos aqui, o do furacão Andrew que devastou a Flórida em 1992 e o ciclone com características de furacão denominado Catarina que atingiu o Brasil em Maio de 2004.
Um dos maiores furacões que atingiu os Estados Unidos foi o Andrew. Este furacão devastou a Flórida e a costa do Golfo da Luisiana. As seqüências de imagens mostradas indicam os estágios observados do Andrew.
Fig. 8 Estágio de Tempestade tropical (T3.5) indo para oeste-noroeste. A pressão central era de 1007mb e os ventos máximos sustentados eram de 60kt (nós) com rajadas de até 60kt. A tempestade tinha rotação pronunciada mas as nuvens não estavam totalmente fechadas e as bandas de nuvens eram estreitas. Imagem 21/08/92 1801UTC
OBS: CONVERSÃO 1 kt (NÓ) = 1.852 km/H (QUASE 1 PARA 2)
Fig. 9. Andrew 22/08/92, 1831UTC. Neste ponto, tornou-se oficialmente um furacão por 9 horas (estágio T4). A espiral de nuvens indicava a circulação fechada e o olho começou a desenvolver. Pressão 974mb; max. Ventos sustentados: 85kt e rajadas: 105kt. Movimento para oeste.
Fig. 10. Nas próximas horas, Andrew continuou a se fortaleceu a uma taxa de 1-T por dia. Nesse ponto se aproxima das Bahamas. As espirais de nuvens aumentaram e o olho estava muito bem definido, indicando o estágio T5.5. Pressão central 930mb, ventos 115kt com rajadas de até 140kt, indo para a Flórida. 23/08/1992, 1401UTC (VIS)
Antes de atingir a Flórida, o Andrew atingiu sua pressão mais baixa de 922mb (T6.5) no dia 23/08 às 18:00 UTC. Andrew causou muita destruição em uma vasta área. Quando passou por terra enfraqueceu consideravelmente.
Fig. 11. Andrew já passou a Flórida e move-se para Noroeste. A pressão nesse ponto foi de 940mb. De volta às águas quentes do Caribe, o Andrew se intensificou. Ventos sustentados = 120kt, com rajadas de 145kt.
Andrew se intensifica, forma novamente um olho e no dia 25 de agosto a pressão central era de ~ 940mb (T5.5). O olho tornou-se bastante desenvolvido novamente e um alto grau de espiralamento foi observado. O Andrew atingiu o continente (chamado em inglês de “landfall”) na costa da Lousiana. Após esse estágio se enfraquece e no dia 26 de agosto a pressão sobe para 995 mb e os ventos caem para 45kt. Agora pode ser caracterizado como um tempestade tropical. No dia 27, tornou-se uma grande massa de nuvens e precipitação mas já bem enfraquecido que se incorporou a um sistema frontal (mostrado no CD).
A Figura 12 mostra outro exemplo de um furacão categoria 5 que atingiu a costa do Alabama. Este momento caracteriza o chamado “landfall” quando o olho atinge a costa.
Fig. 12. “Landfall” do furacão IVAN , 16/09/2004, 0645UTC (IV)
A Fig. 13 mostra uma seqüência de imagens infravermelho do GOES do furacão Roxane que atingiu a Península de Yucatan. Embora não tenha sido fornecida uma escala que converta temperatura para cores, notem como variam as estruturas dos topos das nuvens (cor amarela) com o tempo, as quais estão associadas com a porção mais severa da tempestade.
Fig. 13. Exemplo de imagens no IV do furacão Roxane.