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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2018.tde-30102018-135529
Document
Auteur
Nom complet
Felipe Vemado
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2018
Directeur
Jury
Pereira Filho, Augusto Jose (Président)
Ferreira, Nelson Jesuz
Hallak, Ricardo
Karam, Hugo Abi
Oliveira, Amauri Pereira de
Titre en portugais
Dinâmica das tempestades sobre o Lago Vitória, África
Mots-clés en portugais
brisa lacustre
Lago Vitória
mesoescala
Tempestades
Resumé en portugais
As circulações locais tem sido alvo de diversos estudos, pois em muitos locais exercem forte influência no disparo de convecção profunda com impactos significativos para a população. Particularmente, no presente trabalho, estudou-se o impacto da interação entre as circulações locais produzidas pelo Lago Vitória (LV) e a circulação de vale-montanha no disparo da convecção noturna com alta intensidade da precipitação e forte impacto para as populações locais. O mecanismo de disparo de tempestades sobre o Lago Vitória foi simulado por meio da modelagem numérica com o modelo The Advanced Regional Prediction System (ARPS) e sensoriamento remoto por meio de técnica que combina diferentes canais do satélite para a estimativa de precipitação denominada de CPC Morphing Technique (CMORPH). Utilizaram-se as análises do modelo Global Forecast System (GFS), como condição inicial e de fronteira, para a modelagem numérica com o sistema ARPS. Os dados de satélite METEOSAT Segunda Geração (MSG) e a técnica CMORPH foram utilizados nos estudos. As estimativas de TSL obtidas por Anyah [2005] foram utilizadas em conjunto com as estimativas do MODIS nas simulações ARPS que auxiliaram na análise do mecanismo de disparo da convecção noturna sobre o LV. Obteve-se o campo tridimensional destas tempestades e as respectivas circulações associadas, assim como a estimativa de fluxos de calor sensível e latente. Por meio das simulações numéricas, estimou-se o efeito da topografia no entorno do LV sobre o escoamento predominantemente de leste (alísios) e sua interação na formação das circulações locais de brisa lacustre-terrestre e vale-montanha no disparo dessas intensas células convectivas, que se formam preferencialmente no período noturno. O mecanismo de geração de vorticidade vertical foi estimado por meio da equação de tendência de vorticidade. As estimativas com o CMORPH foram utilizadas para uma melhor caracterização climática dos eventos que se propagam pela África Equatorial entre 3º S 1º N e 24º E 42º E para o período entre 2000 e 2014. Essa região incluí o Vale do Rift, metade leste da floresta do Congo e a bacia do Lago Vitória (LV). Diagramas Hovmoller foram utilizados para identificar todos os eventos convectivos que se deslocaram sobre a região e resultou num total de 33,189 eventos no período. Os resultados mostram que os sistemas se propagam de Leste para Oeste com velocidade de fase, duração e período médios de 10.3 m s-1, 10.7 h e 332 km, respectivamente. Para os eventos que se propagam por uma distância superior a 600 km, a velocidade e duração média foram de 12 m s-1 e 19 h, respectivamente. A maioria dos sistemas convectivos apresenta velocidade de fase entre 8 m s-1 e 16 m s-1 e duração entre 8 e 16 horas com três regiões preferenciais de disparo da convecção inicial: 1) a leste do LV sobre as montanhas, 2) metade oeste do LV e 3) sobre as montanhas a leste da floresta do Congo. As simulações com o sistema ARPS auxiliaram na análise dos processos dinâmicos e termodinâmicos associados às tempestades noturnas, que mostraram forte correlação com a TSL do lago Vitória. Assim, a sua estimativa é de fundamental importância para a previsão dessas tempestades na região. O padrão de TSL, obtido por meio dos estudos de Anyah [2005] de modelos hidrodinâmicos, foram os que melhor caracterizaram as chuvas convectivas noturnas sobre a região do Lago Vitória. Uma diferença de 2ºC produz uma diferença de seis a oito vezes no fluxo de vapor de água entre o lago e a atmosfera e, na presença da cadeia de montanhas à leste do LV, age para reduzir os alísios de leste. As simulações sem montanhas indicam, em média, ventos com magnitude entre 1,5 a 2,0 m s-1 acima do indicado na simulação com topografia realística e geram um fluxo de calor latente de 20 W m-2 superior, que favorece o disparo da convecção 1 h antes e volume de chuva de duas a três vezes acima da condição real. Espera-se que os resultados deste trabalho e de futuras publicações incentivem o estabelecimento de uma rede de monitoramento da TSL e tempestades convectivas que se formam na região para uma melhor previsibilidade desses eventos.
Titre en anglais
Storm's dynamics over Victoria Lake, África
Mots-clés en anglais
Lake breeze
Mesoscale
Storms
Victoria lake
Resumé en anglais
The local circulation has been targeted from several works due to high influence on triggering deep convection with significant impacts to the population. Particularly, in the present work its been verified the impact of the interaction between lake breeze and valley-mountain breeze on the deep convection over Victoria lake, during night, with high winds e heavy rainfall on it and impact to the population around it. The triggering mechanism of storms over Victoria lake it has been simulated with numerical model The Advanced Regional Prediction System (ARPS) and remote sensing through technique that combine different satellite channel to estimate precipitation. The analyses from Global Forecast system (GFS) its been used as boundary and initial conditions in ARPS simulations. Observations from the METEOSAT second generation (MSG) and the CPC morphing technique (CMORPH) was used to investigate deep convection. The surface lake temperature (TSL) has been estimated from MODIS and Anyah [2005] hydrodynamical simulations and assimilated with ARPS system as initial conditions, that aided on the understanding of deep night convection over the lake. The three-dimensional field was obtained from these storms and its respective circulations and heating and latent fluxes. Also, the numerical simulations its been useful to better understand the impact of topography around the lake in the synoptic fluxes from the east (trade winds), lake and valley-mountains breeze and the deep convection during night. The tilting, divergence and advection terms from the vorticity tendency equation was calculated to better understand the vertical vorticity generation. Through CMORH technique it was possible to explore the climate behavior of the convection all long the year. Its been used data between 2000-2014 over most part of equatorial Africa that include Victoria lake. In this period, its been obtained the statistics for 33,189 convection episodes as phase speed, duration, span and distance. The hovmoller diagram has been used as tool to obtain the statistics from these rain streaks. Results show precipitation episodes move westward across Rift Valley and Congo forest with average speed, span and duration of 10.3 m s-1, 10.7 hr and 332 km, respectively and the ones longer than 600 km move at 12.1 m s-1 with duration of 19 hrs on average. These systems tend to increase rainfall rates hundreds of kilometers all to way to the Congo Forest region. About 50% of the 33,189 episodes of organized convection have phase speed between 8 m s-1 and 16 m s-1 and duration between 8 hr and 16 hr. Furthermore, most precipitation system have less than 400 km in span and start east of LV and west of Rift Valley between afternoon and early morning. Hourly rainfall and lightning fields show three preferable regions to initiate convection: 1) LV mountain range; 2) LV mid-west and; 3) Congo Forest mountain range. The ARPS system was capable to simulated the dynamics and thermodynamics process that trigger deep convection and it have shown the high correlation between the TSL from Victoria lake. Thus, its highly important an accurate evaluation of TSL to obtain a better forecast of storms over the lake. The pattern obtained from Anyah [2005] through hydrodynamic model has been the one that better characterized the deep convection over Victoria lake. The simulations indicated that a difference of 2 ºC produced difference on water vapor flux of 6 to 8 times between lake and atmosphere and the mountain range east of LV reduced the trade winds. Without the mountain range, ARPS simulation has been indicated wind velocity 1.5 to 2 m s-1 higher than real condition simulation and produced latent heat flux ~20 W m-2 higher that triggered the initial convection 1 hour before and produced 2 to 3 times more rainfall. Through these work and future publication is expected to encourage the establishment of a monitoring network of TSL and deep convection that have been triggered over the lake to increase the accuracy forecast of these events.
 
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Date de Publication
2021-06-04
 
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