O que são Ondas de Rossby?



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Na onda de frio intenso que atingiu o nordesde dos EUA no começo do mês passado, esse termo – ondas de Rossby – foi divulgado por alguns meios de comunicação. Mas afinal de contas, o que são ondas de Rossy?

Mapas sinóticos são desenhados para auxiliar os meteorologistas na previsão do tempo. No passado, esses desenhos eram feitos a mão. A partir de informações de observações meteorológicas de superfície e de altos níveis (radiossondagens) e também usando informações provenientes de navios e bóias oceânicas, os meteorologistas desenhavam as curvas de pressão (isóbaras), as isotermas, linhas de corrente, linhas de geopotencial, etc.

Opa! O que são linhas de corrente e geopotencial? Leia na caixinha abaixo:

Linhas de corrente: Em mecânica de fluidos linha de corrente é uma linha contínua traçada no líquido, o lugar geométrico dos pontos, que, num mesmo instante t considerado, mantém-se tangente em todos os pontos à velocidade V. Pode também ser definido como a família de curvas que, para cada instante de tempo, são as envolventes do campo de velocidades num fluido. Em outras palavras e no conceito de meteorologia, é como se a gente traçasse uma linha ligando todos vetores vento, todas as setinhas. Isso facilita muito para conseguirmos ver o deslocamento do fluido (nosso fluido no caso, é o ar atmosférico).

Geopotencial: Fisicamente, a altura geopotencial é o trabalho requerido para levantar uma unidade de massa do nível médio do mar até um dado nível de pressão. Ela representa a altitude acima do nível do mar em que está um determinado nível de pressão, embora não seja exatamente a altitude verdadeira medida em metros. Esta grandeza é útil porque um dado nível de pressão não é paralelo a superfície terrestre, e estas variações de altitude do nível de pressão indicam regiões de alta e baixa pressão no geopotencial escolhido. Normalmente é utilizado na meteorologia geopotencial de 1000 (superfície), 850, 500 e 200hPa. (Fonte e veja mais aqui também)

Bom, era um trabalhão desenhar esses mapas. E eles ficavam como no desenho abaixo:

 

Mapa sinóptico do Dia D. Um dia escrevo sobre o assunto rs
Mapa sinótico do Dia D. Um dia escrevo sobre o assunto rs

O ECMWF fez uma análise detalhada do tempo no Dia D. Leia mais aqui.

Atualmente, a vida do meteorologista facilitou muito. Diversos programas de computador, alguns dos quais Open Source (fale com o Guilherme para se informar a respeito), permitem que esse desenho seja feito no próprio computador. E através de um monitor grande, o meteorologista consegue fazer a análise sem precisar imprimir o mapa. O ambiente agradece! E como o tempo (do relógio) é importantíssimo para a previsão do tempo (meteorológico) é de se imaginar que imprimir um mapa tão grande levaria tempo e poderia atrasar a análise dos mapas sinóticos, atrasando todo o procedimento da previsão do tempo.

Esses mapas permitem ver os deslocamentos de sistemas de escala maior. Os meteorologistas classificam os fenômenos de acordo com o tamanho e tempo de duração. Um tornado ou uma tempestade de verão são fenômenos de escala menor do que uma furacão ou uma frente fria. Para conseguir “ver” um furacão ou uma frente fria, preciso de cartas sinóticas ou de imagens de satélite. Vejam só, eu consigo sentir e ver os efeitos de um furacão ou de uma frente fria, mas não consigo ver o fenômeno como um todo a olho nu. Como eles são muito grandes, consigo vê-los apenas através de imagens de satélite ou percebê-los através das variações espaciais e temporais das variáveis meteorológicas numa carta sinótica.

Por outro lado, consigo ver um tornado e uma tempestade de verão. Se eu pegar uma câmera fotográfica comum, vou conseguir fotografar esses fenômenos. Consigo ver o funil associado ao tornado e consigo com sorte ver a nuvem Cb em formato de bigorna, que é o tipo de nuvem visto em uma tempestade de verão.

Veja o gráfico abaixo, que mostra as escalas de tamanho e de tempo dos fenômenos meteorológicos:

Essa figura foi obtida na apostila de um curso introdutório de meteorologia, ministrado aos alunos do primeiro ano do curso de Bacharelado em Meteorologia da USP.
Essa figura foi obtida na apostila de um curso introdutório de meteorologia, ministrado aos alunos do primeiro ano do curso de Bacharelado em Meteorologia da USP.

Para ler a apostila mencionada na legenda da figura acima, clique aqui.

Normalmente, o que é muito grande dura mais do que o que é muito pequeno.

Tá, e onde entram as Ondas de Rossby nessa coisa toda? As Ondas de Rossby são um fenômeno bem grande. Na figura acima, estão na categoria do quadradinho em que diz “ondas longas de oeste”. Tão grande que a gente diz que é de escala planetária. Observem na imagem que abre essa postagem. Essas ondas possuem amplitudes e comprimento de onda que são comparáveis ao tamanho de um continente e ocupam várias linhas de latitude e longitude.

Essas ondas são parte de padrões permanentes da atmosfera. São resultado da distribuição continente/oceano, da distância Terra-Sol, dos movimentos de rotação e translação e da inclinação do eixo da Terra. Ou seja, elas existem dessa maneira porque nosso planeta possui essas características fixas.

Quando um meteorologista vai analisar cartas sinóticas, normalmente ele olha para alturas diferentes da atmosfera. O que acontece lá no alto da atmosfera, influencia o tempo aqui na superfície. Essas alturas são expressas em níveis de pressão. Como a pressão atmosférica cai com a altitude, é possível relacionar muito bem essas duas variáveis. Como o uso da altitude esbarra em alguns problemas (como a topografia), nós usamos a pressão para expressar diferentes alturas.

Variação da pressão atmosférica (aqui em mb)  com a altitude (em km). Quando maior a altitude, menor a pressão atmosférica. Fonte: Material da Prof. Alice Grimm
Variação da pressão atmosférica (aqui em mb) com a altitude (em km). Quando maior a altitude, menor a pressão atmosférica. Fonte: Material da Prof. Alice Grimm

Normalmente, os meteorologistas olham 3 diferentes alturas distintas: 850hPa; 500hPa e 200hPa (essa é a altura mais elevada, praticamente lá na tropopausa). Outros níveis de pressão podem ser analisados também, dependendo da experiência do meteorologista e dependendo daquilo que ele está procurando. No caso das Ondas de Rossby, elas aparecem quando os meteorologistas estão analisando as cartas sinóticas plotadas no nível de 500hPa.

E o que uma carta plotada no nível de 500hPa significa? Significa que eu vou olhar como está o vento nessa altura (como está a intensidade e a direção do vento nessa altura). Como o vento é uma variável confusa de analisar (é difícil ‘ver’ através dos vetorzinhos, das setinhas) plotamos as linhas de corrente e o geopotencial. Essa é uma forma indireta de analisar o vento e que funciona muito bem.

Na figura que abre a postagem, temos as linhas de corrente. Essas linhas nos permitem ver uma grande onda: a Onda de Rossby. Estudando os mapas de nível superior (nível altos, como o de de 500hPa), podemos perceber que os ventos de oeste seguem esses percursos ondulados, com comprimento de onda entre 4000-6000km. Se a gente considerar uma onda como algo formado por uma crista e um cavado, temos que de 3 a 6 ondas como essas circulam a Terra, sempre localizadas em latitudes médias e altas.  No nível de 500hPa, já estamos bem distantes da superfície da Terra. Assim as ondas podem ser vistas nesses mapas, sem serem distorcidas pela topografia. Essas ondas são muito grandes e se movem bem lentamente.

Além das ondas de Rossby, na média e na alta atmosfera a gente também consegue ver outros padrões ondulatórios. Esses padrões possuem comprimento de onda menor e duram menos tempo (ou seja, são de escala menor). E diferentemente das ondas de Rossby, movimentam-se mais rapidamente (até 15° de longitude por dia). Esses padrões se deslocam de leste para oeste e estão relacionados com ciclones em superfície.

Na apostila da Prof. Alice Grimm, temos uma figura que ajuda a compreender esse padrão ondulatório e tem uma grande relação com o frio nos EUA, pois ilustra exatamente o que ocorreu:

Image585A figura mostra as linhas de geopotencial  e o vento no nível de 500hPa. Essas pequenas linhas soltas com “barbelas” são uma forma que os meteorologistas tem de representar o vetor vento. Na escala ao lado da figura, há a representação do que cada uma dessas barbelas representam. Uma região com dois círculos concêntricos, indica vento calmo (inferior a 1 mi/h).Acima disso, temos uma linha com essas barbelinhas. Quanto mais barbelinhas, maior e velocidade do vento. Claro que não dá pra ficar desenhando barbelinha indefinidamente, então usamos esses pequenos triângulos cheios para representar velocidades mais intensas. A parte da linha  onde está as barbelinhas representa da onde o vento está vido. Como ela está para a esquerda, significa que o vento em 500hPa nessa região está soprando de oeste para leste.
Repare também que essas linhas com as barbelinhas são quase que paralelas as outras linhas do mapa (as que está identificadas com números: 5790, 5730, 5670,..). Essas são as linhas de geopotencial. Em 500hPa, dizemos que o vento é geostrófico, porque o vetor vento é paralelo às linhas de geopotencial.

Na região onde está escrito “cavado (baixa)”, significa que nessa área, se a gente considerar o nível próximo da superfície (1000hPa ou 850hPa), certamente teremos uma área de baixa pressão. Já na área onde está escrito “cavado (alta)” significa que nessa área, na superfície, teremos uma área de alta pressão. O que acontece em médios e altos níveis está diretamente relacionado com o que acontece na superfície, por isso os meteorologistas analisam alturas distintas.

Essas ondas tem um importante papel no transporte de calor entre latitudes altas (mais próximas do polo) e baixas (mais próximas do Equador). Na região do cavado, o ar frio se desloca para sul (repare que é um exemplo sobre os Estados Unidos). E na região da crista, o ar quente se desloca para norte.

Se fosse no Hemisfério Sul: o ar frio estaria se deslocando para norte e o ar quente estaria se deslocando para sul.

A gente não consegue sentir esse padrão muito bem aqui no Hemisfério Sul porque neste hemisfério há mais oceano do que continente. Embora o padrão exista, ele não fica tão evidente.

Sendo assim, as ondas de Rossby confinam o ar frio. Se essas ondas ficam com maior amplitude, o ar frio avança mais em direção aos pólos. Repare abaixo no mapa de anomalia de temperatura da superfície (que discutimos nessa postagem). A coloração azul representa região com ar mais frio que a média e a região em vermelho/laranja representa a região com ar mais quente que a média para o período de 1 a 7 de Janeiro de 2014 (quando aquele frio intenso estava no auge). Observando a figura abaixo (credítos EO-NASA) e comparando com a figura acima, não conseguimos observar o mesmo padrão?

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E por que o nome Rossby?

Carl Gustaf-Rossby foi um meteorologista sueco que atuou na primeira metade do século XX. Ele foi um dos primeiros a explicar esses movimentos de larga escala usando equações da mecânica dos fluidos. Sua compreensão física da atmosfera permitiu que nos anos seguintes, fosse possível inserir essas equações em modelos numéricos computacionais. Dessa forma, foi possível prever a movimentação das ondas de Rossby e prever como (e quando, claro) o ar polar penetraria em uma certa região.

O cara ficou tão famoso que saiu na capa da aclamada revista Time, em uma edição de dezembro de 1956, meses antes de morrer. Na capa, podemos ver uma ilustração de Rossby com seu inseparável cachimbo e ao fundo, nuvens, raios e chuva, sobrepostos por linhas de pressão (isóbaras) e aquelas linhas com barbelas que indicam a velocidade e direção do vento. Eu adoro essa capa!

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Bibliografia

Material da Wageningen University

Wikipedia

Apostila da Prof. Dr. Alice Grimm, da UFPR

Material do Prof. Dr. Thomas B. Walter, do Hunter College