Correlação de Vento de Rajadas com Variáveis de

INSTITUTO DE CONTROLE DO ESPAÇO AÉREO
DIVISÃO DE ENSINO
CORRELAÇÃO DE VENTO DE RAJADAS COM VARIÁVEIS DE SUPERFÍCIE
Relatório de Pesquisa
Raquel Silva Lima
Nome do Aluno
MET-001/2008
Curso e Ano
RELATÓRIO DE PESQUISA
CORRELAÇÃO DE VENTO DE RAJADAS COM VARIÁVEIS DE SUPERFÍCIE
.....................................................................................................................................
TÍTULO
23/06/2008
..............................
DATA
MET-001/2008
................................................
CURSO
Este documento é o resultado do trabalho do aluno do Curso de
Especialização em Meteorologia Aeronáutica do ICEA. Seu conteúdo reflete a
opinião do autor, quando não for citada a fonte da matéria, não representando,
necessariamente, a política ou prática da ICEA e do Comando da Aeronáutica.
RESUMO
Rajadas de vento representam grande risco para a aviação durante pousos e
decolagens, e para aeronaves de pequeno porte, também representa perigo na estada em solo.
Uma vez que o Aeroporto Internacional de São Paulo - Governador André Franco Montoro
(Cumbica, Guarulhos) tem grande registro de ocorrência destes fenômenos, foi realizado este
trabalho de pesquisa, com o objetivo de estudar os picos de ventos nesta localidade, para
identificar variáveis meteorológicas relacionadas ao fenômeno, com base em observações
meteorológicas de superfície. Foi observado ciclo anual, sazonal e diurno significativo, que
associam as rajadas a aquecimento, indicando boa correlação entre estas, a temperatura do ar
e a instabilidade termodinâmica. Notou-se também boa correlação entre rajadas e orientação
do vento médio, indicando que a presença da Serra da Cantareira é determinante na ocorrência
de picos de vento. Observou-se, no entanto, que não há correlação significativa entre
orientação do vento e instabilidade, indicando que estas variáveis geralmente não ocorrem em
concomitância em casos de registros de rajadas. Também se verificou que grande quantidade
das rajadas estudadas não ocorreu em associação a fenômenos meteorológicos, ou ocorreram
em associação à presença de poeira e areia, indicando que, geralmente, as rajadas são
causadoras de restrições de visibilidade e, quando provocadas por tempestades, as rajadas
ocorrem antes que as trovoadas atinjam a área de observação meteorológica do aeródromo.
Palavras-chave: Rajada, Correlação, Variáveis de Superfície
ABSTRACT
Wind gusts represent great risk for aviation, especially during landings and takes-off.
Once the International Airport of São Paulo - Governor André Franco Montoro (Cumbica,
Guarulhos) is currently affected by this phenomena, a research was carried through, with the
intention of identify meteorological variables related to the phenomenon, based on
meteorological observation. Significant annual, seasonal and diurnal cycles were identified,
associating gusts and heating, indicating good correlation between gusts, temperature and
thermodynamic instability. It was also observed good correlation between gusts and
orientation of average wind, indicating that the presence of the Mountain Range of Cantareira
is determinative in the occurrence of wind peaks. It was observed, however, that there’s not
significant correlation between orientation of wind and instability, indicating that these
variables do not occur in cases of gust registers at the same time. It was also observed that the
majority of gusts did not occur in association with weather phenomena, or occurred in
association to dust and sand, indicating that, generally, the gusts are cause of visibility
restrictions and, when provoked for storms, gusts occur before the thunderstorms reach the
area of meteorological observation area.
Key words: Wind Gust, Correlation, Surface Variables.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Ciclo de vida de tempestade convectiva, com ocorrência de rajada.
11
Figura 2 – Esquema do fluxo de vento em região montanhosa.
12
Gráfico 1 – Distribuição dos registros de ocorrência de rajadas (em intensidade).
14
Gráfico 2 – Distribuição sazonal percentual dos registros de ocorrência de rajadas.
15
Gráfico 3 – Distribuição mensal percentual dos registros de ocorrência de rajadas.
16
Gráfico 4 – Distribuição horária (HL) percentual dos registros de ocorrência de rajada.
17
Gráfico 5 – Distribuição percentual de registros de rajada por temperatura do ar (T)
e do ponto de orvalho (Td)
18
Gráfico 6 – Distribuição do (T-Td) vs. T.
19
Gráfico 7 – Distribuição do (T-Td)/T vs. Td.
20
Gráfico 8 – Distribuição percentual de registros de ocorrência de rajada por pressão
(QNH, em hPa).
21
Gráfico 9 – Distribuição percentual da orientação dos ventos médios em
registros de ocorrência de rajada por quadrante.
22
Figura 3 - Vista da Cidade de Guarulhos indicando localização do Aeroporto
Internacional de Guarulhos e posicionamento da Serra da Cantareira.
23
Gráfico 10 – Distribuição percentual de registros de ocorrência de rajada por
fenômeno de tempo presente associado.
24
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Correlação entre variáveis e parâmetros meteorológicos associados à
ocorrência de rajadas no Aeroporto Internacional de São Paulo
Guarulhos
23
LISTA DE SIGLAS
DECEA – Departamento de Controle do Espaço Aéreo.
FCA – Folheto do Comando da Aeronáutica
HL – Hora Local
ICEA – Instituto de Controle do Espaço Aéreo
ILIT – Índice Lima de Instabilidade Termodinâmica
INFRAERO – Empresa Brasileira de Infra-estrutura Aeroportuária
MCA – Manual do Comando da Aeronáutica
QNH – Pressão reduzida ao nível médio do mar (ajuste de altímetro)
vs. - Versus
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
09
1.1. OBJETIVO GERAL
10
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
10
2. REFERENCIAL TEÓRICO
11
3. MATERIAIS & MÉTODOS
13
4. ANÁLISES & RESULTADOS
14
4.1. DISTRIBUIÇÕES TEMPORAIS DAS OCORRÊNCIAS DE RAJADAS
15
4.2. DISTRIBUIÇÕES DE ACORDO COM AS TEMPERATURAS DO AR E
DO PONTO DE ORVALHO
17
4.3. DISTRIBUIÇÃO DE RAJADAS DE ACORDO COM O AJUSTE DO
ALTÍMETRO (QNH)
4.4. DISTRIBUIÇÃO DE ACORDO COM A ORIENTAÇÃO DO VENTO MÉDIO
20
21
4.5. DISTRIBUIÇÃO DE ACORDO COM O FENÔMENO DE TEMPO
SIGNIFICATIVO ASSOCIADO
5. CONCLUSÃO
24
26
5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
26
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
28
APÊNDICE A – RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE DO AR SECO E DO AR ÚMIDO
30
APÊNDICE B – DISTRIBUIÇÃO PERCENTUAL SAZONAL DA ORIENTAÇÃO DO VENTO MÉDIO
31
APÊNDICE C – DISTRIBUIÇÃO SAZONAL DE (T-Td) VS. T
32
APÊNDICE D – DISTRIBUIÇÃO SAZONAL DE ILIT VS Td
33
APÊNDICE E – QUADRO DE EQUIVALÊNCIAS ENTRE AS TABELAS 4677 E 4678 DA
MCA 105-10
34
1. INTRODUÇÃO
Rajadas são variações significativas de intensidade de vento, que representam risco
para a aviação. Tanto em operações em solo (ex.: pouso, decolagem, abastecimento de
aeronaves.) quanto em vôos a baixa altura (ex.: helicópteros), este tipo de ocorrência pode
gerar desde desconforto aos passageiros a perdas humanas e financeiras, devido a danos às
aeronaves.
Devido aos transtornos que podem ocorrer durante as rajadas, faz-se necessário o
estudo destas, buscando informações de superfície que estejam diretamente relacionadas à sua
ocorrência. Em virtude do Aeroporto Internacional de São Paulo Governador André Franco
Montoro (Cumbica, Guarulhos) ter freqüentes ocorrências de rajadas, realizou-se este trabalho
de pesquisa.
Para realizar a pesquisa de forma adequada, procurou-se identificar os casos de rajadas
registrados nos bancos de dados disponíveis, e verificar características destas ocorrências.
Após, tentou-se correlacionar os registros de ocorrência de rajadas com variáveis
meteorológicas coerentes de modo a definir quais delas apresentam características que possam
torná-las preditoras de rajadas de vento.
Sabe-se que rajadas de vento são comuns durante tempestades severas (na região de
predominância de ventos subsidentes em uma nuvem cumulonimbus). Sabe-se também que
quanto menor a diferença entre a temperatura do ar (T) e a do ponto de orvalho (Td), maior a
umidade, e quanto maior a temperatura do ar, maior a possibilidade de formação de nuvens
convectivas (que geram tempestades severas). A partir daí, espera-se que a relação entre a
temperatura do ar e a temperatura do ponto de orvalho esteja bem correlacionada com as
ocorrências de rajadas, bem como a presença de trovoadas.
Também é de conhecimento geral que ventos se intensificam ao transpor cadeias
montanhosas (ventos catabáticos a sotavento do relevo). Assim, espera-se que, considerando a
presença da Serra da Cantareira no setor norte do Aeroporto de Guarulhos, a orientação do
vento também esteja diretamente relacionada a ocorrência de rajadas.
Considera-se ainda a relação entre a intensidade do vento e a pressão atmosférica, que
deve fazer dessa, mais uma variável de superfície correlacionável aos picos de vento.
Assim, foram analisados dados de superfície obtidos de observações meteorológicas
realizadas no Aeroporto Internacional de Guarulhos, que contenham registros de rajadas,
considerando apenas as ocorrências na região do aeroporto e vizinhança (raio máximo de
9
16km ao redor do ponto de observação – MCA 105-2, 2004), buscando identificar
características mais marcantes do fenômeno de interesse e confrontando variáveis
meteorológicas.
1.1. OBJETIVO GERAL
Estudar os picos de ventos nesta localidade, de modo a identificar variáveis
meteorológicas afins ao fenômeno, com base nas observações lá realizadas.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Verificar a correlação entre a temperatura do ar e a temperatura do ponto de orvalho
esteja com as ocorrências de rajadas, bem como a presença de trovoadas;
•
Verificar a correlação entre a orientação do vento médio e a ocorrência de rajadas,
considerando a presença da Serra da Cantareira, e
•
Identificar, dentre as variáveis meteorológicas descritas na mensagem METAR,
possíveis preditores de rajadas de vento.
10
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Rajadas de vento são variações na intensidade do vento médio, e podem ser
provocadas por vários fatores, como frentes de brisa e correntes descendentes em nuvens do
tipo cumulonimbus. Nesta revisão, citaremos apenas as rajadas provocadas por nuvens
convectivas geradas por aquecimento (Cbs isolados) e por efeito orográfico.
Quando uma tempestade é desenvolvida por aquecimento, o ar mais quente torna-se
menos denso que o ar a sua volta, deslocando-se verticalmente para cima, formando correntes
de ar ascendentes (Figura 1). À medida que o ar ascende, se resfria e condensa, formando
nuvens do tipo cumulus.
Na fase madura do desenvolvimento das nuvens cumulonimbus, ocorre precipitação,
que arrasta o ar ao seu redor, ocasionando correntes de ar descendentes. Nesta fase, podem ser
geradas as frentes de rajadas, que são o encontro do ar descendente da nuvem, com a
circulação próxima a superfície, localizada na dianteira da nebulosidade (Teixeira, 2007, apud
SIPAER. 1998). Nesta fase, que é seu estágio mais intenso, estas nuvens apresentam grande
perigo para a aviação, devido não só às rajadas, mas também a ocorrência de granizo,
turbulência e cortantes de vento (FCA 105-1, 2000).
Figura 1 – Ciclo de vida de tempestade convectiva, com ocorrência de rajada. (Adaptado de Teixeira, 2007).
As rajadas de vento da dianteira da tempestade são pulsos de vento forte
perpendiculares à nebulosidade. As correntes descendentes se espalham horizontalmente, à
medida que se aproximam do solo, e a rajada pode atingir uma distância de 10 a 12 km à
frente da área da precipitação associada aos cumulonimbus (FCA 105-1, 2000).
11
Martin e Konrad (2006) observaram que a ocorrência de rajadas aumenta com a
proximidade e altura de montanhas (Figura 2). Estes afirmaram também que, quando
orientado perpendicularmente a serras, o vento médio perde intensidade, enquanto as rajadas
tornam-se mais freqüentes. Teixeira (2007) cita que em ocasiões de ventos fortes, tais como
na aproximação de sistemas frontais, a intensidade dos picos de vento pode ser ampliada na
presença de morros e montes. Ao ser confinado entre dois cumes montanhosos, o vento é
acelerado em relação ao fluxo adjacente (vento médio sustentado).
Figura 2 – Esquema do fluxo de vento em região montanhosa. (Adaptado de Teixeira, 2007).
De acordo com as normas do Comando da Aeronáutica (FCA 105-3, 2004), caso as
rajadas de vento excedam a velocidade média em 10 kt (18 Km/h) ou mais, durante os dez
minutos precedentes à observação, esta rajada deverá ser reportada.
Assim, nesta pesquisa fez-se a correlação entre ocorrência de rajadas e fenômenos de
tempo presente, no intuito de identificar a rajada como conseqüência de correntes
descendentes de tempestades. Também foi feita a associação entre rajadas e variáveis de
superfície associadas à formação de tempestades, como temperatura e instabilidade
atmosférica, de modo a identificar quais destas provocariam trovoadas intensas o bastante
para a formação de rajadas. Também foi estudada a relação entre ocorrência de rajadas e
orientação do vento médio, para identificar a influência da Serra da Cantareira na ocorrência
de rajadas no Aeroporto Internacional de Guarulhos.
12
3. MATERIAIS & MÉTODOS
Para o desenvolvimento desta pesquisa, foram utilizados dados observados de rajadas
no Aeroporto Internacional de São Paulo - Guarulhos. Estas informações foram obtidas no
banco de dados do ICEA, e complementado com dados da INFRAERO (mantidos a partir de
registros de observações de superfície feitos no formulário IEPV 105-78.). Estes dados
totalizaram 1049 registros de rajada de janeiro de 1970 a dezembro de 2007, porém devem-se
considerar ausências de dados dos anos de 1993 e 1995 em ambos os bancos consultados.
(Considerando a quantidade de dados estudados, estas ausências não interferem nos
resultados.)
O impresso IEPV 105-78 é preenchido com dados de observações meteorológicas
regulares feitas na hora cheia (METAR) e de observações feitas em caso de mudanças
significativas para operação do aeródromo (SPECI), para uma área com raio de 16 km a partir
do ponto de observação, considerando os fenômenos ocorridos em um raio de 8km a 16 km
como “na vizinhança” do aeródromo (MCA 105-10, 2001).
Foram feitas várias distribuições gráficas de freqüência de ocorrência das rajadas
registradas, na tentativa de identificar padrões e características dos fenômenos desta
localidade, bem como identificar variáveis meteorológicas de superfície associadas a elas.
Fizeram-se distribuições mensal, sazonal e horária, por orientação de vento médio e
fenômeno de tempo presente associado. Fez-se também a análise das rajadas de acordo com
relações entre temperatura do ar (T) e temperatura do ponto de orvalho (Td), estabelecendo
correlações entre estas. Devido à ausência de algumas informações, foi dada preferência a
apresentar valores relativos (distribuições percentuais), de modo a reduzir disparidades
numéricas de dados.
Para realizar tais distribuições e os cálculos das correlações, foi utilizado o programa
Excel do pacote Microsoft Office 2003.
A partir da manipulação destes dados, foram definidas as variáveis de superfície que
melhor se correlacionam com as ocorrências de rajadas, a partir dos gráficos de distribuição
de freqüência e dos cálculos de correlações entre parâmetros e variáveis meteorológicas.
13
4. ANÁLISES & RESULTADOS
Nesta seção serão apresentados gráficos de distribuições dos dados utilizados, de
modo a definir algumas características da atmosfera durante a ocorrência de rajadas.
A partir daqui, nos referiremos ao Aeroporto Internacional de Guarulhos como SBGR.
Embora o objetivo da pesquisa não seja avaliar a rajada de acordo com sua
intensidade, é válido observar o gráfico 1. Este é uma ilustração da intensidade de todos os
1049 registros de rajadas no período de 1 de janeiro de 1970 a 31 de dezembro de 2007 (sem
registros dos anos de 1993 e 1995) em SBGR.
Gráfico 1 – Registros de intensidade de rajadas, em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
De acordo com os dados, a média de intensidade destas rajadas foi de 26,6kt, e 53,5%
dos registros tem intensidade entre 20 e 29kt. Rajadas menos intensas que 20kt somaram
13,9% dos registros, enquanto 32,6% tiveram intensidade de 30kt ou mais.
14
4.1. DISTRIBUIÇÕES TEMPORAIS DAS OCORRÊNCIAS DE RAJADAS
No gráfico 2, que é uma distribuição sazonal percentual dos registros, nota-se que
primavera (setembro, outubro e novembro) e verão (dezembro, janeiro e fevereiro) são as
estações do ano com maior quantidade de registros, sendo 29% e 33%, respectivamente.
Percebe-se ainda por meio deste gráfico que a estação com menor quantidade de
registros de rajadas é o outono (março, abril e maio), com 18%, o que indica que a
temperatura elevada não é o único fator associado à ocorrência de rajadas (se assim fosse, a
estação com menor número de rajadas deveria ser o de menor temperatura, o inverno),
induzindo-nos a buscar também uma causa dinâmica para as ocorrências de rajadas.
INVERNO
20%
PRIMAVERA
29%
OUTONO
18%
VERÃO
33%
Gráfico 2 – Distribuição sazonal percentual dos registros de rajada em SBGR, de janeiro de 1970 a
dezembro de 2007.
O gráfico 3 é uma representação da distribuição mensal percentual das rajadas
registradas. Por meio deste, pode-se observar que o mês de novembro foi o de maior
quantidade de registros (14%) no período estudado, enquanto o mês de menor quantidade de
registros foi o mês de abril, com 4,3% do total. Observa-se ainda que 55,6% das rajadas foram
registradas nos meses de novembro a março. Estas constatações guiam-nos a uma relação
direta entre rajadas e aquecimento.
15
Agregando as informações obtidas dos gráficos 2 e 3, conclui-se que mais da metade
das rajadas foram registradas do último mês da primavera, quando o hemisfério sul está
“aquecendo”, até o primeiro mês do outono, quando inicia o “resfriamento” deste hemisfério,
reforçando a relação entre rajadas e temperatura.
15
14
13
12
REGISTROS (%)
11
10
9
8
7
6
5
4
JUN
JUL
AGO
SET
OUT
NOV
DEZ
JAN
FEV
MAR
ABR
MAI
MÊS
Gráfico 3 – Distribuição mensal percentual dos registros de ocorrência de rajadas em SBGR, de janeiro
de 1970 a dezembro de 2007. A ordem dos meses foi alterada, iniciando pelo mês de junho, para
salientar o máximo.
A distribuição horária (hora local - HL) dos registros de rajada, ilustrada no gráfico 4,
indica que há um aumento acentuado na quantidade de rajadas no período da tarde, com
58,4% dos registros feitos entre 12:00 e 17:00 (1500Z e 2000Z, respectivamente).
16
12
10
REGISTROS (%)
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
HORA
Gráfico 4 – Distribuição horária (HL) percentual dos registros de ocorrência de rajada em SBGR, de
janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
O intervalo onde ocorre o máximo de rajadas em SBGR corresponde ao período de
máximas temperaturas, reforçando a teoria de que o aquecimento está diretamente ligado à
ocorrência de rajadas.
4.2. DISTRIBUIÇÕES DE ACORDO COM AS TEMPERATURAS DO AR E DO PONTO DE ORVALHO
O gráfico 5 é a distribuição percentual de ocorrência de rajadas por temperatura do ar
e do ponto de orvalho. De acordo com esta ilustração, pode-se observar que 76% das rajadas
registradas ocorreram com temperatura (T) entre 18°C e 28°C, ressaltando ainda que 52,7%
destas ocorreram com temperaturas entre 20°C e 26°C. Também se observou que
aproximadamente metade das rajadas registradas (50,3%) ocorreu com Td entre 17°C e 21°C,
sendo que 78,1% das rajadas ocorreram com Td entre 14°C e 22°C.
Segundo Borges e Pereira Filho (2000), há boa correlação entre a ocorrência de
tempestades e temperaturas de ponto de orvalho mais altas que 20°C. Sob tal condição, foram
registradas 24% do total de rajadas estudadas.
17
15
REGISTROS (%)
12
9
6
3
23
34
45
56
67
78
89
91
10 0
-1
11 1
-1
12 2
-1
13 3
-1
14 4
-1
15 5
-1
16 6
-1
17 7
-1
18 8
-1
19 9
-2
20 0
-2
21 1
-2
22 2
-2
23 3
-2
24 4
-2
25 5
-2
26 6
-2
27 7
-2
28 8
-2
29 9
-3
30 0
-3
31 1
-3
32 2
-3
33 3
-3
34 4
-3
5
0
TEMPERATURA (ºC)
T (ºC)
Td (ºC)
Gráfico 5 – Distribuição percentual de registros de rajada por temperatura do ar (T) e do ponto de orvalho (Td)
em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
CORR.: 0,0826
Sabe-se que a diferença entre a temperatura do ar (T) e a temperatura do ponto de
orvalho (Td) é um indicador da umidade relativa do ar, de modo que, quanto menor a
diferença, mais úmida a atmosfera na região onde foi feita a medição. Sabendo-se também
que o ar úmido é menos denso que o ar seco (Apêndice A), pode-se concluir que o ar mais
úmido (T-Td tendendo a zero), com temperaturas (T) altas, seria mais instável e, de acordo
com as análises feitas a partir dos gráficos anteriores, mais propenso à ocorrência de rajadas.
No gráfico 6, plotou-se para horários com registro de rajadas a diferença T-Td e a
temperatura do ar. Observou-se que quando T-Td é próxima de zero as rajadas ocorreram
mesmo em temperaturas abaixo de 15°C, e a medida que esta diferença aumenta, a
temperatura do ar foi maior.
A correlação entre T-Td e T é de 0,7379, o que indica que há instabilidade
termodinâmica do ar em boa parte das ocorrências de rajadas em SBGR.
A relação (T-Td)/T, observada no gráfico 6 pode ser compreendida como: “Quanto
maior a umidade e temperatura do ar, maior a instabilidade”. Porém, vale salientar que, de
acordo com este mesmo gráfico, para temperaturas do ar maiores que 30°C não há T-Td
menor que 7°C, o que nos diz que, em ocorrências de rajadas, o ar mais quente não é tão
úmido. Desta feita, conclui-se que há um limite para a relação (T-Td)/T que pode ser traduzida
18
como: “Em ocorrência de rajadas, o ar mais quente não precisa ser tão úmido para que seja
instável”.
A partir daqui, chamaremos a relação (T-Td)/T de ILIT (Índice Lima de Instabilidade
Termodinâmica).
27
24
21
T-Td (ºC)
18
15
12
9
6
3
0
5
10
15
20
25
30
35
T (ºC)
Gráfico 6 – Distribuição do (T-Td) vs. T em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
CORR.: 0,7379
O gráfico 7 é a relação entre ILIT e Td. Notou-se que há maior quantidade de rajadas
registradas para ILIT entre 0 e 0,5 (85,5% dos registros), sendo ILIT entre 0,1 e 0,2 observado
em 26% das rajadas registradas.
19
1
0,9
0,8
0,7
ILIT
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
6
11
16
21
26
Td (ºC)
Gráfico 7 – Distribuição do ILIT vs. Td em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
CORR.: -0,69465.
A correlação entre ILIT e Td é de -0,69. Esta anti-correlação indica que haverá rajada
para ILIT alta ou para Td alta. Ou seja, se ILIT e TD forem altas, a probabilidade de
ocorrência de rajadas tende a ser pequena, bem como quando ILIT e Td forem baixas. Em
contrapartida, as probabilidades de ocorrência de rajadas aumentam quando ILIT é alta e Td é
baixa, ou ILIT é baixa e Td é alta. Vale ressaltar ainda que os registros de rajadas foram mais
numerosos para ILIT baixa e Td alta do que na situação contrária.
4.3. DISTRIBUIÇÃO DE RAJADAS DE ACORDO COM O AJUSTE DO ALTÍMETRO (QNH)
Sabe-se que a intensidade do vento está diretamente ligada a pressão atmosférica.
Devido a relação entre essas duas variáveis, foi feita a distribuição percentual dos registros de
rajadas de acordo com a pressão atmosférica (QNH – Pressão reduzida ao nível médio do
mar) (Gráfico 8).
O ajuste do altímetro foi selecionado para este estudo devido à operacionalidade, por
ser a informação sobre pressão atmosférica disponível nas mensagens METAR. E uma vez
que, independente de correções e ajustes, a pressão atmosférica sempre responderá a
aproximações de sistemas meteorológicos, o QNH pode ser utilizado normalmente em uma
20
análise puntual. Porém ressalta-se que, se esta análise envolvesse informações sobre a pressão
atmosférica em outras localidades, seria mais adequado utilizar o QFF.
Foi observado que 49,3% dos registros de rajadas ocorreram com QNH entre 1013hPa
e 1016hPa.
15
REGISTROS (%)
12
9
6
3
0
<1000
10001010
1010
1011
1012
1013
1014
1015
1016
1017
1018
1019
>1020
QNH (hPa)
Gráfico 8 – Distribuição percentual de registros de ocorrência de rajada por pressão (QNH, em hPa) em
SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
É de conhecimento geral que a Equação de Bernoulli relaciona variações de pressão e
intensidade do vento (Lima e Pereira Filho, 2006). Assim, recomenda-se que seja feito um
estudo mais detalhado da correlação entre estas grandezas, considerando não o valor do QNH,
mas sim sua variação.
4.4. DISTRIBUIÇÃO DE ACORDO COM A ORIENTAÇÃO DO VENTO MÉDIO
Feita a distribuição percentual das rajadas de acordo com a orientação do vento médio
(cabeceira 09R, principal de SBGR) (Gráfico 9), foi observado que 31,3% das rajadas eram
acompanhadas de vento noroeste (300º a 330º), e que 63,3% das rajadas ocorreram com
ventos de oeste a norte (de 250º a 20º). No Apêndice C, encontra-se a distribuição percentual
sazonal das rajadas, onde se observa que a orientação de noroeste do vento médio é mais
numerosa nos registros de rajada, independe da estação do ano.
21
N
35
30
NW
NE
25
20
15
10
5
W
0
E
SW
SE
S
Gráfico 9 – Distribuição percentual da orientação dos ventos médios em registros de ocorrência de rajada
por quadrante em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
De acordo com as observações de Martin e Konrad (2006) sobre a relação entre
orografia e ocorrência de rajadas, a predominância de rajadas com vento médio de setor nortenoroeste em SBGR pode ser justificada pela presença da Serra da Cantareira no setor norte da
localidade em questão (Figura 3).
Considerando a intensidade da rajada, esta é bem correlacionada com a intensidade do
vento (0,7075), porém, não há correlação entre intensidade de rajada e orientação do vento
(0,0085).
Foi feito o cálculo da correlação entre a ILIT e a orientação do vento, igual a 0,22.
Este resultado é significativo na medida em que indica que, estando o vento de norte a oeste,
não é necessária a instabilidade termodinâmica. Em contrapartida, havendo a instabilidade, o
vento poderá ter qualquer orientação.
22
Figura 3 – Vista da Cidade de Guarulhos indicando localização do Aeroporto Internacional de Guarulhos e
posicionamento da Serra da Cantareira. (Fonte: http://maps.google.com.br)
As correlações calculadas anteriormente foram calculadas também para distribuições
sazonais (Figura 1). (Distribuições nos apêndices C e D.) Observou-se que a melhor
correlação entre umidade e temperatura ocorreu no inverno, mesma estação do ano onde se
detectou a anti-correlação mais significativa entre instabilidade e temperatura do ponto de
orvalho.
Tabela 1 – Correlação entre variáveis e parâmetros meteorológicos associados à ocorrência de rajadas no
Aeroporto Internacional de São Paulo – Guarulhos.
PRIMAVERA
VERÃO
OUTONO
INVERNO
T-Td vs. T
0,8591
0,8385
0,7478
0,8943
ILIT vs. Td
-0,7176
-0,5047
-0,3741
-0,7467
ILIT vs. VENTO
0,1771
0,1593
0,1286
0,1891
Notou-se também que as correlações entre ILIT e orientação do vento foram menores
que 0,2 para todas as estações do ano. Pode-se observar ainda que as correlações mais baixas
entre as variáveis e parâmetros ocorreram durante o outono.
23
4.5. DISTRIBUIÇÃO DE ACORDO COM O FENÔMENO DE TEMPO SIGNIFICATIVO ASSOCIADO
Distribuindo o percentual de registros de rajadas por fenômeno de tempo presente
associado e por estação do ano (Gráfico 10), observou-se que 52,7% das rajadas registradas
foram acompanhadas apenas por restritores de visibilidade (fumaça, poeira/areia, névoa seca e
névoa úmida), sendo os mais freqüentes, areia e poeira (31,6% do total). Possivelmente, este
tipo de restritor é provocado pela própria rajada. O segundo mais freqüente, a névoa seca,
apresentou 13,9% do total).
45
40
35
REGISTROS (%)
30
25
20
15
10
5
R
RA
R
G
TS
RA
TS
TS
G
TS
A
R
RA
SH
BR
BR
HZ
HZ
BR
RA
TS
TS
A
R
TS
RA
DZ
HZ
TS
R
A
HZ
TS
G
R
H
Z
DZ
BR
H
Z
VC
RA
Z
BR
H
/S
A
FU
D
U
NI
L
0
FENÔMENO
PRI
VER
OUT
INV
TOTAL
Gráfico 10 – Distribuição percentual de registros de ocorrência de rajada por fenômeno de tempo
presente associado, em SBGR, de janeiro de 1970 a dezembro de 2007.
Notou-se também que 22,3% das rajadas estudadas eram acompanhadas de trovoadas
(com e sem precipitação e/ou restritores de visibilidade), e deve-se ressaltar também que
15,8% dos registros de rajadas não tinham nenhum tipo de fenômeno de tempo significativo
associado. Tendo isto em vista, pode-se dizer que as rajadas podem ser causas ou
conseqüências de fenômenos de tempo. Isto posto, chama-se a atenção para a necessidade de
um estudo detalhado das condições atmosféricas antes e depois do registro das rajadas, de
modo a determinar se e quando as rajadas são causas ou conseqüências de fenômenos de
tempo presente, e quais fenômenos seriam estes.
24
O inverno foi a estação do ano com maior quantidade de rajadas sem fenômeno de
tempo significativo associado (7,2% do total), enquanto o verão apresentou a maior
quantidade de rajadas associadas a trovoadas (com e sem precipitação e/ou restritor), somando
9,4% dos registros, e também o máximo de registros de rajada acompanhada apenas de
restritor de visibilidade (17%).
Verificou-se, portanto, por meio das análises realizadas, que a ocorrência de rajadas
em SBGR está relacionada em sua maioria, a instabilidade termodinâmica ou a orografia
(vento de noroeste passando pela Serra da Cantareira). Porém, sugere-se que seja feita uma
análise mais detalhada, relacionando a ocorrência de rajadas a sistemas meteorológicos, para
identificar as influências destes na intensificação temporária dos ventos.
25
5. CONCLUSÃO
Rajadas são variações significativas de intensidade de vento, que representam risco
para a aviação, podendo gerar desde desconforto até perdas humanas. Por isso, foi realizado o
estudo destes fenômenos, ocorridos no Aeroporto Internacional de Guarulhos, buscando a
correlação entre estes e variáveis de superfície associadas, com base nas observações
meteorológicas lá realizadas.
Para o desenvolvimento desta pesquisa, foram utilizados dados observados de rajadas
no Aeroporto de Guarulhos. Estas informações totalizaram 1049 registros de rajada de janeiro
de 1970 a dezembro de 2007.
Foram realizadas distribuições de freqüência mensal, sazonal e horária, por
temperatura do ar e do ponto de orvalho, por orientação de vento médio e por fenômeno de
tempo presente associado, com o intuito de identificar padrões e características das rajadas, e
para identificar variáveis meteorológicas de superfície associadas a elas. Fez-se também a
análise das rajadas de acordo com relações entre temperatura do ar (T) e temperatura do ponto
de orvalho (Td).
Dos resultados obtidos, conclui-se que há uma componente termodinâmica
significativa nas ocorrências de rajadas, fazendo com que a temperatura do ar e a umidade
sejam variáveis “candidatas” a preditoras deste fenômeno. Constatou-se também que a
probabilidade de ocorrência de rajadas aumenta significativamente com o vento de noroeste
no Aeroporto de Guarulhos, sendo também este um possível preditor de rajadas de vento.
Porém, ainda é necessário observar o comportamento destas variáveis na ausência das rajadas,
de modo a definir valores ótimos destas variáveis para que a rajada ocorra.
5.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
A partir do estudo feito e das conclusões obtidas, percebe-se que alguns estudos ainda
devem ser realizados, de modo a detalhar as informações desta pesquisa, e desenvolver um
método objetivo de previsão de rajadas no Aeroporto de Guarulhos. Assim, sugere-se
pesquisar:
•
Correlação entre rajadas e variações de pressão (no período anterior ao registro da
ocorrência), de modo coerente com a Equação de Bernoulli;
26
•
Distribuições como as realizadas neste estudo, porém, considerando também os
horários sem rajada;
•
Condições atmosféricas antes e depois do registro das rajadas, de modo a determinar
se as rajadas são causas ou conseqüências de fenômenos de tempo, e que fenômenos
seriam estes, e
•
Condições sinóticas e de mesoescala nas ocorrências de rajadas, definindo sistemas
meteorológicos associados (sistemas frontais, linhas de instabilidade, Cb’s isolados,
etc.).
Assim, a partir do estudo aqui apresentado, e com a contribuição futura nos tópicos
acima citados, espera-se conhecer melhor as rajadas de vento que ocorrem no Aeroporto de
Guarulhos, facilitando sua previsão e, conseqüentemente, aumentando a segurança de
tripulações, passageiros e pessoal de apoio, bem como das próprias aeronaves.
27
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BORGES, A. S., PEREIRA FILHO A. J. Análise das condições meteorológicas de superfície
antecedentes à precipitação de origem convectiva na Cidade de São Paulo. In:_
XI
CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 2000, Rio de Janeiro, Rio de Janeiro: Publicação
Digital, 2006. (Trabalho premiado.)
BRASIL. CENIPA. Windshear: guia do piloto. SIPAER. A-98, 2, Fevereiro, 1998.
________ DECEA. Cortante do Vento - FCA 105-1. Rio de Janeiro, Maio, 2000.
______________. Códigos Meteorológicos METAR e SPECI - FCA 105-3. Rio de Janeiro,
Dezembro, 2004.
______________. Manual de Códigos Meteorológicos - MCA 105-10. Rio de Janeiro, Julho,
2001.
______________. Manual de Estações Meteorológicas de Superfície - MCA 105-2. Rio de
Janeiro, Dezembro, 2004.
______________. Preenchimento do IEPV 105-78 - ICA 105-7. Rio de Janeiro, Julho, 2005.
LIMA, R. S., PEREIRA FILHO, A. J. Estimativa de Distribuição Radial de Vento e Pressão
Atmosférica do Furacão Catarina Por Meio da Aproximação Empírica da Equação de
Bernoulli. In:_ XIV CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 2006, Florianópolis, Santa
Catarina: Publicação Digital, 2006.
MARTIN, J., KONRAD C.E. Directional characteristics of potentially damaging wind gusts
in the Southeast United States, Physical Geography, 27, 155-169, 2006.
TAYLOR, G. F. Aeronautical Meteorology. Pitman Publishing Corporation. New York,
1941.
28
TEIXEIRA, M. A. B. Fatores Condicionantes na Formação do Fenômeno Meteorológico
Wind Shear nos Procedimentos de Pouso e Decolagem no Aeródromo de Florianópolis – SC,
Relatório de Pesquisa do Curso de Aperfeiçoamento da EAOAR, 2007.
29
APÊNDICE A – RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE DO AR SECO E DO AR ÚMIDO
Subscrito “s” – Refere-se ao ar seco
Subscrito “u” – Refere-se ao ar úmido
P(S ou U) – Pressão da parcela de ar
α(S ou U) – Volume específico da parcela de ar
ρ(S ou U) – Densidade do ar
R(S ou U) – Constante do ar
T(S ou U) – Temperatura do ar
Pα = RT
Psα s = RS TS
PU α U = RU TU
Pode − se estabelecer a relação
PS α S
RT
= S S
PU α U RU TU
Considerando
PS = PU ; TS = TU
temos
α S RS
=
α U RU
Sabendo que
α=
1
ρ
; RU = RS + RH 2O
substituindo,
RS
ρU
=
ρ S RS + R H O
2
ρU =
RS
ρS
R S + R H 2O
Como
RS
π1
R S + R H 2O
Conclui − se que
ρU π ρ S
30
APÊNDICE B – DISTRIBUIÇÃO PERCENTUAL SAZONAL DA ORIENTAÇÃO DO
VENTO MÉDIO
N
N
50
50
40
40
NW
NE
NW
30
20
20
10
W
NE
30
10
0
E
SW
W
SE
0
SW
SE
S
S
PRIMAVERA
VERÃO
N
N
50
50
40
40
NW
NE
NW
NE
30
30
20
20
10
W
E
10
0
E
SW
W
SE
0
E
SW
SE
S
S
OUTONO
INVERNO
31
29
29
24
24
19
19
T-Td (ºC)
T-Td (ºC)
APÊNDICE C – DISTRIBUIÇÃO SAZONAL DE (T-Td) VS. T
14
14
9
9
4
4
-1
-1
5
10
15
20
25
30
35
5
10
15
T (ºC)
PRIMAVERA – CORR.: 0,8591
25
30
35
30
35
VERÃO – CORR.: 0,8385
29
29
24
24
19
19
T-Td (ºC)
T-Td (ºC)
20
T (ºC)
14
14
9
9
4
4
-1
-1
5
10
15
20
25
30
35
5
T (ºC)
10
15
20
25
T (ºC)
OUTONO – CORR.: 0,7478
INVERNO – CORR.: 0,8943
32
APÊNDICE D – DISTRIBUIÇÃO SAZONAL DE ILIT VS Td
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
ILIT
1
0,9
ILIT
1
0,9
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0
0
-0,1
-0,1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
2
4
6
8
10
12
Td (ºC)
14
16
18
20
22
24
26
22
24
26
Td (ºC)
PRIMAVERA – CORR.: -0,7176
VERÃO – CORR.: -0,5047
0,9
0,9
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
ILIT
1
ILIT
1
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0
0
-0,1
-0,1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
Td (ºC)
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Td (ºC)
OUTONO – CORR.: -0,3741
INVERNO – CORR.: -0,7467
33
APÊNDICE E – QUADRO DE EQUIVALÊNCIAS ENTRE AS TABELAS 4677 E 4678 DA
MCA 105-10
TAB. 4678/MCA 10510
NIL
FU
DU/SA
HZ
BR
HZ VCRA
DZ HZ
RA HZ
TS HZ
TSRA HZ
TSGR HZ
DZ BR
TAB.4677/MCA 10510
C.G.T C.G.T
C.G.T
.1 0
.2
.3
1
2
3
4
6
7
8
9
5
10
5
15
15
5
50
5
5
14
5
15
21
5
16
5
21
5
60
5
61
5
64
5
17
5
15
17
17
15
5
5
62
95
5
17
21
5
95
5
13
14
5
97
17
16
5
95
5
5
96
10
20
10
51
TAB.4677/MCA 10510
TAB. 4678/MCA 105- C.G.T C.G.T
C.G.T
10 RA BR .1 10
.2 21
.3
10
60
10
61
10
62
10
62
95
10
63
10
91
TS BR
10
15
17
10
17
TSRA BR
10
10
10
10
10
17
21
95
95
97
97
RA
15
21
21
60
61
62
64
92
10
SHRA
80
81
TS
15
17
17
TSRA
16
17
95
97
TSGR
96
99
TSGRRA
60
96
62
96
99
64
34