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Observações de Algumas Estruturas Meteorológicas por Radar
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Observações de Algumas Estruturas Meteorológicas por Radar

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Artigo: Observações de Algumas Estruturas Meteorológicas por Radar …

Artigo: Observações de Algumas Estruturas Meteorológicas por Radar
Anais VII Congresso Brasileiro de Meteorologia - São Paulo - SP, Sociedade Brasileira de Meteorologia
September 1992

Observations of Some Meteorological Structures by Radar
Annals of the VII Brazilian Congress of Meteorology, Sep 28th to Oct 2nd, 1992. São Paulo- SP, Brazil. Vol 2, p 748-752.
The observations of some meteorological structures were possible using a conventional magnetron weather radar system with a digital radar processor and a 386 PC as remote radar workstation. The station is used as a radar system development bench and is operated by engineers.

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  • 1. 748 "OBSERVAÇOES DE ALGUMAS ESTRUTURAS METEOROLÓGICAS POR RADAR" A. C. SALLUM L1BRELATO TECNASA ELETRONICA PROFISSIONAL SA ABSTRACT THE OBSERVATIONS OF SOME METEOROLOGICAL STRUCTURES WERE POSSIBLE USING A CONVENTIONAL MAGNETRON WEATHER RADAR SYSTEM WITH A DIGITAL RADAR PROCESSOR AND A 386 PC AS REMOTE RADAR WORKSTATION. THE STATION IS USED AS A RADAR SYSTEM DEVELOPMENT BENCH AND IS OPERATED BY ENGINEERS.1. INTRODUÇÃO Desde meados de 1989, encontra-se instalado e em funcionamento um sistema de radar meteorológicona cidade de São José dos Campos - SP. O sensor radar é um protótipo projetado e construído pela Tecnasa para oMinistério da Aeronáutica e é utilizado como laboratório de desenvolvimento para outros sistemas de radaresmeteorológicos de interesse do Ministério. Assim, tem sido operado por engenheiros não meteorologistas, com interessesprincipalmente voltados para a avaliação de diversas soluções técnicas, seja para melhorias, seja para complementaçõesda configuração sistêmica.No decorrer de 1990, foi incorporado ao sensor radar um sistema de processamento e controle digital para permitir ageração e memorização de imagens, a remoção dos ecos fixos ("clutter") e a operação e o controle remotos do sistema.O sistema digital e o software adotados são originários da empresa alemã Gematronik GmbH.Dessa forma, tem sido possível gerar produtos meteorológicos com base em dados digitais dos ecos de refletividaderadar, obtidos por varredura horizontal com ângulo de elevação constante (produtos PPI "Plan Position Indication"), oupor varredura vertical com ângulo de azimute constante (produtos RHI "Range Height Indication"), ou por varreduravolumétrica horizontal em dez ângulos de elevação sucessivos (produto CMI "Column Maxima Indication")Como apoio ao desenvolvimento, emprega-se um tempo razoável observando e colecionando imagens. As observaçõesfeitas, mesmo sem o suporte de outros sistemas de sensores meteorológicos e usando produtos básicos como PPI, RHI eCAPPI/CMI, já têm permitido identificar algumas estruturas meteorológicas. Alguns desses dados poderão ser de utilidadeprática para meteorologistas, pesquisadores e cientistas.2. CARACTERíSTICAS E CONFIGURAÇÃO DO RADAR O sistema RMT 0l00A é constituído por antena, posicionador,servomecanismo, transmissor/receptor, filtro de "clutter", processador radar, terminal de teste local e posto de operaçãoremota. As principais características do sistema são: Frequência de operação: 2,782 GHz Potência de pico tfpica: 600kW Largura de pulsos: 2 us Frequência de repetição de pulsos: 250 Hz Largura do feixe (horizontal e vertical): 2,07 graus Polarização: Linear horizontal Capacidade nominal de detecção: 15 dBZ a 200 km3. ESTRUTURAS METEOROLÓGICAS OBSERVAvEIS O sistema RMT 0l00A, ora em operação, permite a observação emedição de ecos de refletividade com taxas entre 15 dBZ e 95 dBZ, originados de alvos distantes até 200 km. Avisualização é possível até 400 km.A localização atual da antena, a 650 m de altitude e em meio ao vale entre as serras do Mar e da Mantiqueira, dá origema fortes ecos fixos ao longo da divisa com o Estado de Minas Gerais (cerca de 40 km ao norte) e a obstruções do feixeem alguns azimutes. A existência de uma caixa dágua nas proximidades obstrui o feixe no azimute de 280 graus. Osecos de solo, dentro de um raio de 10 km, são detectados pelos lóbulos laterais da antena.
  • 2. 749É possfvel observar variações dos ecos das estruturas ocorridas em intervalos de tempo da ordem de 2 minutos. Agravação de imagens sucessivas permite análise comparativa e estimativa visual da velocidade e direção médias dedeslocamento das estruturas, através do recurso de animação de até 10 imagens.o sistema atual não permite a visualização dos campos de velocidade radial ou de turbulência (espectro da variância davelocidade).4. METODOLOGIA ADOTADA As observações não são feitas de forma regular. O método usualmente adotado é baseadona vigilância em PPI a 0,60 grau de elevação, geralmente a 200 km. Quando da observação de alguma situação deinteresse, a imagem é gravada. Em seguida, pode-se apontar o feixe para um eco mais relevante e executar umavarredura RHI, com a finalidade de avaliar as dimensões e intensidades verticais da estrutura. Além disso, pode-se mudaro raio da janela de visualização e também comandar o radar para executar uma varredura setorial da área de interesse.Conforme a conveniência, pode-se colocar ou não o filtro de "clutter" em operação.5 RESULTADOS OBTIDOS Para a apresentação dos resultados, adotamos os critérios indicados por SAUVAGEOT (1982)para classificar e agrupar as estruturas meteorológicas significativas para a observação por radar, conforme a seguir:Convecção em ar claro: (ATKINSON, capo 9/DOVIAK, capo 11.7/ SAUVAGEOT, capo 5.2): durante o verão, em diasclaros e no infcio da tarde, tem sido possfvel observar ecos de pequena área, pouca intensidade e de curta duração, sejasobre o topo de montanhas, seja em regiões planas. Algumas vezes, em tais locais se desenvolvem posteriormenteestruturas de maior porte. As ocorrências podem ser observadas em PPI e em RHI. Não foram ainda observados ecos emforma de anéis distribuidos em grandes áreas, caracterfsticos de campos convectivos em ar claro.Células convectivas e tempestades: (ATKINSON, capo 8/DOVIAK, capo 9.5/MASON, capo 8.9/SAUVAGEOT, capo 5.3):estas têm sido as estruturas mais observáveis. Muitas vezes tem-se acompanhado a evolução de células convectivasdesde os primeiros indfcios de sua formação até a total dissipação. Tem sido possfvel caracterizar elementos tfpicosdessas formações, tais como bigorna, zonas de ecos fracos ("chaminé") e zonas de ecos muito intensos (acima de 50dBZ, com possfvel existência de granizo). Ainda não foi observada correlação entre os ecos e a ocorrência de atividadeelétrica nas formações. No verão, tem sido comum observar-se cumulonimbus (Cb) de grande desenvolvimento vertical.Como caso notável, citamos as chuvas de 15 de janeiro de 1992 ocorridas sobre o Municfpio de São Paulo e observadasconforme a seguinte sequência: Fig. 1: 15Jan92/13:04 h: PP1I200km: não havia eco sobre a região da Grande São Paulo; Fig. 2: 15Jan92/16:16 h: PP1I200km: cálulas intensas sôbre a cidade de São Paulo; Fig. 3: 15Jan92/16:34 h: CM1I200km: ecos intensos até 10 km de altura; Fig. 4: 15Jan92/16:40 h: PPI/200km: observação (setor SW) das células sobre São Paulo; Fig. 5: 15Jan92/16:42 h: RHI/l00km: grande célula entre 70 e 90 km de distância do radar no azimute de 242.20 graus (São Paulo), com ecos de até 65 dBZ no núcleo e desenvolvimento vertical até 15 km; Fig. 6: 15Jan92/17:00 h: CMII200km: evolução para uma supercélula.Posteriormente, as notfcias confirmaram as observações acima. Fig. 7: 5JuI90/00:29 h: RH1I50km: estrutura de uma célula convectiva, com bigorna e região de ecos fracos.Tornados e turbilhões ciclônicos: (ATKINSON, capo 8/DOVIAK, capo 9.5/SAUVAGEOT, capo 5.4): como o sistema atualainda não dispõe de processamento Doppler, não foram observadas assinaturas de velocidade que caracterizam taisestruturas. Espera-se eventualmente observar assinaturas de refletividade ("gancho") que possam caracterizá-Ias, emborasejam raras tais estruturas na região.Sistemas frontais e precipitações estratiformes: (ATKINSON, capo 8/SAUVAGEOT, capo 5.51: na região de observação, oencontro das massas de ar frias e quentes é muito frequente, com deslocamentos principalmente de sudoeste(oceânicas), oeste (Paraná) e noroeste (sul de Minas). Foi possfvel observar e acompanhar diversas estruturascaracterfsticas desses sistemas, tais como as linhas de instabilidade das frontais e pré-frontais e as formaçõesestratiformes.
  • 3. 750 Fig. S: 4JuI90/23:44 h: linha de instabilidade; Fig. 9: 120ut90/18:16 h: PPI/400km: frontal entre 80km e 240 km de distância do radar; Fig.10: 120ut90/18:22 h: RH1I200km: corte da frontal, chuvas estratiformes.Citamos, também, a observação das chuvas do dia 27 de fevereiro de 1992 que, advindas da reglao de Piracicaba eCampinas, passaram por São Paulo e se deslocaram para o Vale do Paralha. Nesse dia, foi possfvel observar a formaçãode faixas de precipitação convectivas de grande intensidade (linhas de instabilidade), seu deslocamento e odesenvolvimento vertical de ecos de grande intensidade.Quando a frontal atingiu a região próxima ao radar, após as trovoadas mais intensas e já com precipitações estratiformes,foi observada a ocorrência de "banda brilhante", isto é, banda horizontal a cerca de 4 km de altura e 300 m de espessuracom ecos mais intensos, logo abaixo do nfvel da isoterma de zero grau centfgrado. Fig.11: 27Fev92/17:34 h: banda brilhante entre 3km e 4km de altura; Fig.12: 27Fev92/17:46 h: observação horizontal (solo) das precipitações estratiformes sob a área da banda brilhante.As consequências, árvores derrrubadas e inundações em São Paulo e em São José dos Campos, foram largamentenoticiadas.Ciclones tropicais: (ATKINSON, capo 10/SAUVAGEOT, capo 5.6): não foram feitas observações que caracterizem taisestruturas.Estratificações turbulentas e instabilidades de cisalhamento: (ATKINSON, capo 7/SAUVAGEOT, capo 5.7): também nãoforam feitas observações que caracterizem tais estruturas.6. COMENTÁRIOS Mesmo sendo operado de forma não contfnua e usando os produtos mais básicos possfveis de seremgerados por um sistema convencional, tem sido possfvel identificar diversas estruturas meteorológicas detectáveis porradar, desde suas primeiras manifestações.7. POSSIBILIDADES ADICIONAIS Através do uso continuado do sistema atual, prevê-se a possibilidade de observaroutras estruturas, principalmente aquelas associadas aos campos convectivos de refletividade radar.A incorporação de outros programas de processamento de dados e de imagens poderá permitir a geração de produtosmeteorológicos derivados, tais como precipitação acumulada, cortes horizontais e verticais, integração vertical etc.Especialistas de algumas entidades têm demonstrado interesse em usar os dados gerados pelo sistema RMT 01 OOA,tanto para a pesquisa de modelos inteligentes de reconhecimento de padrões, quanto para uso operacional na previsão dotempo de mesoescala para a região.Encontra-se em construção na Tecnasa um novo sistema de radar meteorológico, incorporando as facilidades para oprocessamento Doppler dos sinais e a apresentação de imagens correspondentes. Desta forma, espera-se observarfuturamente os campos de velocidade e turbulência.8. REFER~NCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINSON, B. W. Meso-scale Atmospheric Circulations, 1 ed., 1981. DOVIAK, R. J., ZRNIC, D. S. Doppler Radar and Weather Observatio"" 1 ed., 1984. MASON, B. J. The Physics of Clouds, 2 ed., 1971, capo 8. SAUVAGEOT, H. Radarmétéorologie Télédétection Active de I Atmosphere. 1 ed., 1982, capo 5.
  • 4. 751Pl112OO1OIIELoO.60 PlII2OOIOIIa..o.60 15JAll92/16,l611 1$. RS. CIlllET~1 FIG.2 15JAll92/16, ~ "112OO1OIIa..Q;60 n., RS. , • FIG. FIG.3 RH 11100I0IlAZ02I12. 20 15JAH92/16:112H 15JAII92/l1 :llOIl 1$., RS. 4S FIG.6
  • 5. 752 (J~~_-+-_~-+-_+--+_-+--t_-+-----l ~~--+---+--4e--l--+--+-+--+--4---i SI CIlIUlI8 FIG.S l2OCl9OI1I:1&1 12OCT90/18:22H (IIITM CUITTD !l.TU) (IIITII tUITTU ILTU) K ; . ;~. ; ··~"::TI(;Plr. G....bH CIlIU15 ._ FIG.9 CIlIV . . .flli.l.CL....- .R1t1 I25IOVAZ-259. 70 PlII25IOVELoO.60 27FEB92117:46H 27FEB92/17:3lllI TI.q RS.qTS.q RS.q ~ t--+-I--+--+-+--+--1~--I--+--l-- I 5 ~_+-_-+I- - + - - I - - t - -CIIlET35 FI6.11

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