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.
Motivações Estratégicas para a Gestão do Conhecimento
Observações de Algumas Estruturas Meteorológicas por Radar
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 meteorológico
na cidade de São José dos Campos - SP. O sensor radar é um protótipo projetado e construído pela Tecnasa para o
Ministério da Aeronáutica e é utilizado como laboratório de desenvolvimento para outros sistemas de radares
meteorológicos de interesse do Ministério. Assim, tem sido operado por engenheiros não meteorologistas, com interesses
principalmente voltados para a avaliação de diversas soluções técnicas, seja para melhorias, seja para complementações
da configuração sistêmica.
No decorrer de 1990, foi incorporado ao sensor radar um sistema de processamento e controle digital para permitir a
geração 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 refletividade
radar, obtidos por varredura horizontal com ângulo de elevação constante (produtos PPI "Plan Position Indication"), ou
por varredura vertical com ângulo de azimute constante (produtos RHI "Range Height Indication"), ou por varredura
volumétrica 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 observações
feitas, mesmo sem o suporte de outros sistemas de sensores meteorológicos e usando produtos básicos como PPI, RHI e
CAPPI/CMI, já têm permitido identificar algumas estruturas meteorológicas. Alguns desses dados poderão ser de utilidade
prática 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 operação
remota. 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 km
3. ESTRUTURAS METEOROLÓGICAS OBSERVAvEIS O sistema RMT 0l00A, ora em operação, permite a observação e
medição de ecos de refletividade com taxas entre 15 dBZ e 95 dBZ, originados de alvos distantes até 200 km. A
visualização 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 origem
a fortes ecos fixos ao longo da divisa com o Estado de Minas Gerais (cerca de 40 km ao norte) e a obstruções do feixe
em alguns azimutes. A existência de uma caixa d'água nas proximidades obstrui o feixe no azimute de 280 graus. Os
ecos de solo, dentro de um raio de 10 km, são detectados pelos lóbulos laterais da antena.
2. 749
É possfvel observar variações dos ecos das estruturas ocorridas em intervalos de tempo da ordem de 2 minutos. A
gravação de imagens sucessivas permite análise comparativa e estimativa visual da velocidade e direção médias de
deslocamento 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 da
velocidade).
4. METODOLOGIA ADOTADA As observações não são feitas de forma regular. O método usualmente adotado é baseado
na vigilância em PPI a 0,60 grau de elevação, geralmente a 200 km. Quando da observação de alguma situação de
interesse, a imagem é gravada. Em seguida, pode-se apontar o feixe para um eco mais relevante e executar uma
varredura RHI, com a finalidade de avaliar as dimensões e intensidades verticais da estrutura. Além disso, pode-se mudar
o 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 dias
claros e no infcio da tarde, tem sido possfvel observar ecos de pequena área, pouca intensidade e de curta duração, seja
sobre o topo de montanhas, seja em regiões planas. Algumas vezes, em tais locais se desenvolvem posteriormente
estruturas de maior porte. As ocorrências podem ser observadas em PPI e em RHI. Não foram ainda observados ecos em
forma 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 convectivas
desde os primeiros indfcios de sua formação até a total dissipação. Tem sido possfvel caracterizar elementos tfpicos
dessas formações, tais como bigorna, zonas de ecos fracos ("chaminé") e zonas de ecos muito intensos (acima de 50
dBZ, com possfvel existência de granizo). Ainda não foi observada correlação entre os ecos e a ocorrência de atividade
elétrica 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 observadas
conforme 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 atual
ainda não dispõe de processamento Doppler, não foram observadas assinaturas de velocidade que caracterizam tais
estruturas. Espera-se eventualmente observar assinaturas de refletividade ("gancho") que possam caracterizá-Ias, embora
sejam raras tais estruturas na região.
Sistemas frontais e precipitações estratiformes: (ATKINSON, capo 8/SAUVAGEOT, capo 5.51: na região de observação, o
encontro 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 estruturas
caracterfsticas desses sistemas, tais como as linhas de instabilidade das frontais e pré-frontais e as formações
estratiformes.
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 e
Campinas, passaram por São Paulo e se deslocaram para o Vale do Paralha. Nesse dia, foi possfvel observar a formação
de faixas de precipitação convectivas de grande intensidade (linhas de instabilidade), seu deslocamento e o
desenvolvimento 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 espessura
com 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 largamente
noticiadas.
Ciclones tropicais: (ATKINSON, capo 10/SAUVAGEOT, capo 5.6): não foram feitas observações que caracterizem tais
estruturas.
Estratificações turbulentas e instabilidades de cisalhamento: (ATKINSON, capo 7/SAUVAGEOT, capo 5.7): também não
foram feitas observações que caracterizem tais estruturas.
6. COMENTÁRIOS Mesmo sendo operado de forma não contfnua e usando os produtos mais básicos possfveis de serem
gerados por um sistema convencional, tem sido possfvel identificar diversas estruturas meteorológicas detectáveis por
radar, desde suas primeiras manifestações.
7. POSSIBILIDADES ADICIONAIS Através do uso continuado do sistema atual, prevê-se a possibilidade de observar
outras 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 produtos
meteorológicos 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 do
tempo de mesoescala para a região.
Encontra-se em construção na Tecnasa um novo sistema de radar meteorológico, incorporando as facilidades para o
processamento Doppler dos sinais e a apresentação de imagens correspondentes. Desta forma, espera-se observar
futuramente 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.