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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2021.tde-02092021-111705
Documento
Autor
Nome completo
Ana Maria Pereira Nunes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Dias, Maria Assuncao Faus da Silva (Presidente)
Albrecht, Rachel Ifanger
Cohen, Julia Clarinda Paiva
Machado, Luiz Augusto Toledo
Menezes, Wallace Figueiredo
Título em português
Estudo das tempestades noturnas no sudoeste da Amazônia
Palavras-chave em português
Amazônia
BRAMS
Padrões sinóticos
Simulações numéricas
Tempestades noturnas
Tempestades severas
TRMM
Resumo em português
Este estudo investiga as tempestades noturnas que ocorrem na região sudoeste da Amazônia durante o período de 1998-2013. As tempestades foram identificadas utilizando dados obtidos pelo satélite TRMM através de uma série de critérios envolvendo sua profundidade vertical e área horizontal, volume de chuva associado e presença de raios. Os eventos noturnos encontrados aqui não correspondem totalmente a passagem de linhas de instabilidade, como sugerem estudos anteriores. Aqui as tempestades noturnas são analisadas sob o ponto de vista observacional, explorando diversas bases de dados, e também da modelagem numérica através do modelo regional BRAMS. O conjunto de 97 tempestades noturnas foi classificado de acordo com sua severidade, identificada pela taxa de raios: cerca de 40% destes sistemas são intensos (> 32 raios/min) e 25% extremos (> 47 raios/min). Resultados mostram que a maior parte das tempestades noturnas ocorre próximo ao sopé da Cordilheira dos Andes, sugerindo um papel orográfico importante, e preferência pelo trimestre de Outubro-Novembro-Dezembro. Dois padrões sinóticos de baixos níveis são observados durante estes eventos: P1, relacionado ao jato de baixos níveis da América do Sul (55 casos), e P2 relacionado a uma confluência NO-SE proveniente da passagem de sistemas frontais (42 casos). Composições de grande escala e anomalias baseadas na reanálise ERA5 enfatizam estes padrões, que já estão estabelecidos pelo menos 12 horas antes do registro das tempestades. A maioria das tempestades noturnas ocorre com suporte de sistemas sinóticos, porém, isoladas, apenas 7 delas são consideradas embebidas em frentes frias. O horário preferencial de início destes sistemas é entre 1800 e 0000 hora local, e eles duram por volta de 7,5 e 22,5 horas. São realizadas composições centradas nas tempestades intensas e não intensas em caixas de 6°x6° ao redor delas. Tempestades noturnas intensas apresentam confluência em baixos níveis, ambiente mais quente, com CAPE mais alto e aumentando no período pré-convectivo enquanto CIN diminui, maior contraste de umidade (horizontal e vertical, com fluxo mais seco sobreposto a fluxo mais úmido) e profundidade da parte quente da nuvem mais rasa quando comparadas às tempestades não intensas. O nível de 850 hPa e o horário de 1800 UTC (dia anterior) parecem ser importantes para a previsibilidade destes sistemas no sudoeste da Amazônia. O papel das circulações locais associadas à cordilheira dos Andes é explorado através de simulações numéricas com modelo regional BRAMS. Resultados mostram que é possível capturar padrões de circulação observados nos campos de reanálise e também observar o desenvolvimento de circulações locais relacionadas à topografia, como fluxo descendo o terreno durante a noite e subindo o terreno o dia. A simulação da tempestade do dia 26/11/2001, terceira mais intensa na classificação de severidade, mostrou que um fluxo de ar em superfície é forçado a subir a inclinação da cordilheira, resultando em um sistema intenso, verticalmente desenvolvido, devido à confluência com fluxo que descende da montanha resultante do resfriamento noturno.
Título em inglês
Study of nocturnal thunderstorms in southwestern Amazonia
Palavras-chave em inglês
Amazonia
BRAMS
Nocturnal Thunderstorms
Numerical simulations
Severe Thunderstorms
Sinoptic patterns
TRMM
Resumo em inglês
The present study investigates the nocturnal thunderstorms that occur in the southwest of Amazon region during the period 1998-2013. The thunderstorms were identified using data obtained by the TRMM satellite through a series of criteria involving vertical depth and horizontal area, rainfall volume, and lightning. The nocturnal cases found here do not fully correspond to the passage of squall lines, as suggested in previous studies. Here, the nocturnal thunderstorms are assessed from an observational viewpoint exploring several databases and numerical modeling through the BRAMS regional model. We classified the set of 97 NT according to their severity, identified by the lightning rate: about 40% of these systems are intense (> 32 flashes/min) and 25% extreme (> 47 flashes/min). Results show that most nocturnal thunderstorms occur near the foothills of the Andes mountain range, suggesting an important orographic role and preference for the October-November-December quarter. Two low-level synoptic patterns are observed during these events: P1, related to the South America low-level jet (55 cases), and P2 to a NW-SE confluence from the frontal system passage (42 cases). Large-scale composites and anomalies based on ERA5 reanalysis emphasize the patterns, which are already established at least 12 h in advance. Most of the nocturnal thunderstorms occur with synoptic systems support but in isolation, and only 7 are embedded in cold fronts. The preferable start time is between 1800-0000 local time, and they last about 7.5-22.5 h. Composite environmental fields relative to the thunderstorm centers in 6°x6° boxes for intense and not intense nocturnal thunderstorms are performed. Intense nocturnal thunderstorms present confluence at low-levels, a warmer environment, with higher CAPE increasing in pre-convective period while CIN decreases, with a moisture contrast (horizontal and vertical, a drier flow overlapping on a wetter flow), and shallower warm cloud depth. The 850-hPa level and the 1800 UTC time as indicated as important for the predictability of NT in the SW Amazon. The role of local circulations associated with the Andes mountain range is explored through numerical simulations using the BRAMS regional model. Results show that it is possible to capture circulation patterns observed in the reanalysis fields and also to observe the development of local circulations related to topography, such as downslope flow at night and upslope during the day. The simulation of the nocturnal thunderstorm recorded 26/11/2001, the third most intense in the severity ranking, showed that a surface air flows over the slope of the mountain range, resulting in an intense, vertically developed system, due to the confluence with downslope motion resulting from the cooling at the night.
 
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Data de Publicação
2021-09-13
 
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