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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2019.tde-13122019-121400
Document
Auteur
Nom complet
Franco Cassol
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2019
Directeur
Jury
Hallak, Ricardo (Président)
Beneti, Cesar Augustus Assis
Moreira, Demerval Soares
Titre en portugais
O papel do transporte de umidade pelo Jato de Baixos Níveis da América do Sul pela observação e simulação com o modelo WRF de uma banda frontal continental
Mots-clés en portugais
América do Sul
Cúmulos
Jato de Baixos Níveis
WRF
Resumé en portugais
O Jato de Baixos Níveis na América do Sul promove um transporte efetivo de calor e umidade para o sudeste do continente. Por outro lado, a região de saída do Jato de Baixos Níveis é caracteristicamente uma área de convergência de massa, em consequência da desaceleração dos ventos. Ainda na Região Sul brasileira, ocorrem as bandas continentais de precipitação frontal, que são as maiores responsáveis pelos acumulados climatológicos de chuva na região. Assim, o objetivo principal desta pesquisa é provar a hipótese de que o transporte de umidade pelo Jato de Baixos Níveis é a principal fonte de vapor d'água na formação e evolução das bandas de precipitação continental intensas associadas a frentes frias no Sul do País. O caso selecionado para este estudo deu-se pelas Regiões Sul e Sudeste do Brasil entre os dias 14 e 17 de maio de 2016, em associação à formação de um ciclone extratropical do tipo explosivo, com taxa de aprofundamento de pressão maior do que 30 hPa em 24 horas durante alguns períodos. Para realizar o estudo, empregaram-se variadas ferramentas diagnósticas observacionais e modelagem numérica atmosférica, com o uso do modelo de mesoescala WRF. Os resultados comprovam o papel do Jato de Baixos Níveis da América do Sul como principal fonte de umidade que alimenta as bandas convectivas de precipitação frontal no ramo continental no Sul e na porção sul do Sudeste do País por meio de análises quantitativas. Verificou-se que há uma sequência bem estabelecida de eventos físicos associados à região de saída do Jato de Baixos Níveis, em que o máximo da quantidade integrada do fluxo de umidade que viaja através do jato é seguido do máximo da quantidade integrada da água precipitável e, por fim, pelo máximo na quantidade integrada de precipitação à superfície. De forma complementar, a pesquisa verificou a influência que diferentes parametrizações cúmulos têm nos resultados da grade interna, de mais alta resolução espacial (3 km). Para isso, foram conduzidos três experimentos numéricos. Inicialmente, os resultados obtidos mostraram a alta qualidade da simulação-controle quando comparada aos conjuntos de dados observacionais (Era-interim). Em seguida, os experimentos Kain-Fritsch e Multiscale Kain-Fritsch apresentaram resultados muito semelhantes entre si e com maior correspondência em relação aos dados de reanálise. O experimento com parametrização Grell-Freitas, no entanto, induziu a formação de uma banda de precipitação continental menos intensa e menos organizada na grade interna. As mesmas características são inferidas na comparação entre os resultados das simulações quanto ao fluxo de umidade pelo Jato de Baixos Níveis, também menos efetivo no caso do experimento Grell-Freitas, refletindo na produção da banda frontal enfraquecida nos campos de precipitação da grade interna. Tais resultados indicam a necessidade de um maior número de estudos de casos semelhantes ao aqui aprofundado, bem como em relação a outros tipos de sistemas convectivos, como Complexos Convectivos de Mesoescala e Linhas de Instabilidade, também muito frequentes na região analisada.
Titre en anglais
The role of South American Low-level Jet moisture transport by observing and simulating with the WRF model of a continental frontal band
Mots-clés en anglais
Cumulus
Low-level Jet
South America
WRF
Resumé en anglais
The South American Low-level Jet promotes an effective heat and moisture transport to the southeast region of the continent. On the other hand, the jet exit region is characteristically a mass convergence region as a result of wind desaceleration. Also, frontal precipitation bands are the main contributors to the annual climatological rain in the South Region of Brazil. Thus, the main objective of this work is to prove the hipothesis that the moisture transported by the Low-Level Jet is the major source of water vapor to the formation and evolution of the continental precipitation bands associated with cold fronts in the South Region of Brazil. The case selected for this study occurred in the Brazilian South and Southeast Regions in may 14-17, 2016. In fact, it was associated with an explosive extratropical cyclone in the Atlantic Ocean, which presented a pressure deepening rate greater than 30 hPa in 24 hours during some periods of time. To perform this research, it was employed the WRF mesoscale atmospheric numerical model, in addition with a variety of observational data and diagnostic tools. Through quantitative analysys, the results demonstrate that the South American Low-Level Jet is the main moisture source to the frontal convective precipitation band observed in the continental portion of the South and Southeast Regions of Brazil during the analyzed period. It has been found that there is a well-established sequence of physical events associated with the LLJ exit region: the maximum amount of integrated moisture flow traveling with the LLJ was followed by the maximum amount of integrated precipitable water and, finally, by the maximum amount of integrated surface precipitation. The secondary objective of this work is to verify the influence that different cumulus parameterization schemes have on an internal grid with higher spatial resolution (3 km). For this, three different numerical experiments were performed: the first one used the Kain-Fritsch scheme and was considered the control simulation; the other two were the Grell-Freitas and the Multiscale Kain-Fritsch schemes. The results showed a higher quality for the Kain-Fritsch and Multiscale Kain-Fritsch simulations when compared to the observed data sets. Furthermore, these two simulations presented better results for the 3 km grid results, and were very similar to each other. In fact, the Grell-Freitas cumulus parameterization simulation generated a less organized continental rainfall band in comparison to the observed data set and to the other two simulations. Also, the Grell-Freitas experiment induced a weakened rainfall band in the 3 km simulation results. Such results suggested that a greater number of case studies must be performed in future researches, considering similar frontal rain band cases, as well as other types of convective precipitation systems, such as Mesoscale Convective Complexes and Squall Lines, which are also frequent in the analyzed region.
 
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Date de Publication
2019-12-20
 
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