Aula-5-Ciclones_Extratropicais

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APOSTILA - AULA 5: 
CICLONES EXTRATROPICAIS 
Prof. Henri Rossi Pinheiro 
CPTEC/INPE - Cachoeira Paulista 
henri.pinheiro@cptec.inpe.br 
 
 
 
 
Laboratório Virtual – DSA/CPTEC - INPE 
 
INTRODUÇÃO À IMAGENS DE SATÉLITE • SISTEMAS CONVECTIVOS DE MESO ESCALA • ZONA 
DE CONVERGÊNCIA DO ATLÂNTICO SUL – ZCAS • FRENTES • CICLONES EXTRATOPICAIS • 
BAIXAS DESPRENDIDAS ONDAS DE LESTE • LINHAS DE INSTABILIDADE • APLICAÇÕES DE 
SATÉLITES METEOROLÓGICOS • ALTA DA BOLÍVIA • VÓRTICES CICLÔNICOS DE ALTOS NÍVEIS 
NE BRASIL 
 
 
 
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE 
Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos – CPTEC 
Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais - DSA 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1. Introdução .............................................................................................................................. 4 
2. Características ....................................................................................................................... 4 
3. Considerações Finais ........................................................................................................... 14 
4. Leituras Complementares ................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 1 - Etapas de desenvolvimento de uma típica onda frontal. ............................................. 6 
 
Figura 2 - Distribuição anual da frequência de ciclogênese. ....................................................... 7 
 
Figura 3 - Evolução de um ciclone extratropical. Cartas sinóticas de 500 hPa (superior 
esquerda), superfície (superior direita) e imagens de satélite no canal infravermelho do tipo 
realçada (inferior centralizada), para às 00 UTC dos dias (a) 01, (b) 02 e (c) 03/03/2013. ...... 10 
 
Figura 4 - Imagem de satélite no canal infravermelho e análise do modelo GFS para as 
seguintes variáveis: pressão ao nível médio do mar (linha amarela), temperatura potencial 
equivalente (linha verde) e espessura 1000/500 hPa (linha tracejada), para 00 UTC do dia 
03/03/2013. ................................................................................................................................ 11 
 
Figura 5 - Imagem de satélite no canal infravermelho sobreposta à análise do modelo GFS 
para as seguintes variáveis: (a) pressão ao nível médio do mar (linha amarela) e espessura 
1000/500 hPa (linha tracejada vermelha); (b) altura geopotencial (linha contínua), isotacas e 
temperatura (linha azul tracejada) em 500 hPa. Todas as informações são referente à 00 UTC 
do dia 03/03/2013. ..................................................................................................................... 13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
 Ciclones são um dos sistemas atmosféricos de grande interesse na meteorologia, 
devido ao seu relevante papel para o transporte de calor e umidade, além das mudanças 
provocadas no tempo, como a ocorrência de chuvas intensas, ventos fortes, granizo, entres 
outros fenômenos, sendo, portanto, uma incontestável ameaça à vida humana. As 
características destes sistemas têm sido amplamente investigadas nas últimas décadas, 
entretanto, a previsão da sua intensidade e de seu deslocamento ainda representa um desafio 
para a previsão numérica de tempo e aos meteorologistas previsores. Neste capítulo serão 
apresentadas as principais características associadas aos ciclones extratropicais, seus modelos 
conceituais para a América do Sul e também a análise de eventos ciclogenéticos através de 
campos meteorológicos e imagens de satélite. A análise destes eventos terá como objetivo 
promover um conhecimento maior das noções básicas de identificação destes sistemas através 
da interpretação visual de imagens de satélite. 
 
2. Características 
 Os ciclones conceitualmente são definidos como centros de baixa pressão em escala 
sinótica, formados por bandas de nuvens em rotação no sentido horário no Hemisfério Sul e 
anti-horário no Hemisfério Norte. Os ciclones extratropicais costumam apresentar uma forma 
elíptica, com diâmetros que variam aproximadamente entre 300 e 1000 km, sendo menores em 
comparação aos ciclones tropicais. A convergência de massa associada à presença de um 
ciclone é responsável por determinar o movimento do ar na direção do centro de baixa 
pressão, promovendo consequentemente o levantamento de massa no seu interior. Este é um 
dos mecanismos responsáveis pela formação de nebulosidade e chuva. 
 Denomina-se ciclogênese o processo de formação de um ciclone extratropical (ou onda 
frontal), que tem associado um centro de baixa pressão, um ramo frio e um ramo quente. 
Eventos ciclogenéticos são bastante frequentes entre o nordeste da Argentina, Uruguai e parte 
do Sul do Brasil, ocorrendo principalmente entre o inverno e a primavera (GAN e RAO, 
1990). O principal mecanismo responsável pela formação dos ciclones extratropicais é a 
instabilidade baroclínica (CHARNEY, 1947), que existe devido ao gradiente horizontal de 
temperatura em superfície. 
 
 
5 
 
 Os primeiros modelos conceituais de ciclones extratropicais foram apresentados no 
início do século passado por Bjerknes e Solberg (1922) e Bjerknes e Holmboe (1944). Na 
América do Sul, o modelo conceitual clássico de circulação atmosférica associada ao 
desenvolvimento de ondas frontais consiste primeiramente no deslocamento de um cavado na 
troposfera média e alta, que ao cruzar a Cordilheira dos Andes interage com uma região 
baroclínica em superfície, promovendo a formação de uma onda frontal. Esta região 
baroclínica pode ser representada por um sistema frontal estacionário, como é demonstrado na 
Figura 1. 
 No estágio inicial (Figura 1(1)), a frente estacionária separa a massa de ar frio 
localizada ao sul da massa de ar mais quente. A maioria dos eventos ciclogenéticos se inicia a 
partir da aproximação de uma perturbação ciclônica em altitude sobre uma região baroclínica 
na troposfera baixa, promovendo uma deformação no escoamento em superfície. Nesta etapa, 
formam-se o centro de baixa pressão e os ramos frio e quente (Figura1(2)), localizando-se o ar 
frio a oeste do ramo frio do sistema. A defasagem entre os campos de temperatura (ou 
espessura) e pressão determina o estágio de maior energia do sistema, apresentando zonas de 
forte advecção e contrastes de temperatura. Na etapa seguinte (Figura 1(3)) as características 
se mantém e a pressão central declina ainda mais, intensificando o gradiente de pressão e, 
consequentemente, a intensidade dos ventos. Neste estágio, o ciclone costuma apresentar um 
deslocamento rápido para sul/sudeste, acompanhando o sentido de deslocamento dos ventos 
em altitude. Na etapa 4 (Figura 1(4)), o ramo frio avança mais rapidamente do que o ramo 
quente, alcançando-o e dando origem a uma nova frente, denominada frente oclusa. O 
processo de oclusão promoverá a diminuição do gradiente de temperatura e a gradual 
dissipação do sistema de baixa pressão (Figura 1(5)). Os ventos mais intensos ocorrem entre 
as etapas 3 e 4 (maior gradiente de pressão). O período compreendido entre o processo de 
formação e a dissipação do sistema (etapas 1 a 5) costuma variar de 12 a 24 horas. 
 
 
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Figura 1 - Etapas de desenvolvimento de uma típica onda frontal. 
 Fonte: Celemín (1980). 
 
 
 De acordo com Gan e Rao (1991), existem duas regiões ciclogenéticas preferenciais 
sobre a América do Sul: uma aproximadamente sobre o Uruguai e outra próximo ao Golfo de 
San Matías, na Argentina (Figura 2). Estas regiões apresentam
variações espaciais e sazonais 
marcantes, sendo o inverno o período de maior frequência de sistemas entre o Uruguai e a 
Bacia do Prata. 
 
 
7 
 
 
Figura 2 - Distribuição anual da frequência de ciclogênese. 
 Fonte: Gan e Rao (1991). 
 
 
 A seguir serão apresentadas cartas sinóticas e imagens de satélite para alguns casos 
associados ao modelo clássico de desenvolvimento de ciclones extratropicais na América do 
Sul (Figura 3). Observa-se na carta sinótica de 500 hPa a trajetória de um vórtice ciclônico 
entre o Pacífico Leste e o interior do continente sul-americano. Ao atravessar a Cordilheira 
dos Andes, este sistema interage com uma região fortemente baroclínica em superfície, 
promovendo rapidamente uma ciclogênese sobre a costa leste da Argentina. Percebe-se que a 
chegada do vórtice em nível médio é antecedida por uma forte advecção de ar quente a leste 
do centro de baixa pressão em superfície. As imagens de satélite mostram as áreas de 
instabilidade associadas ao desenvolvimento da onda frontal. 
 
 
 
8 
 
 
 
(a) 
 
 
9 
 
 
 
(b) 
 
 
10 
 
 
 
(c) 
Figura 3 - Evolução de um ciclone extratropical. Cartas sinóticas de 500 hPa (superior esquerda), 
superfície (superior direita) e imagens de satélite no canal infravermelho do tipo realçada 
(inferior centralizada), para às 00 UTC dos dias (a) 01, (b) 02 e (c) 03/03/2013. 
Fonte: CPTEC/INPE. 
 
 
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 A Figura 4 mostra a imagem de satélite sobreposta ao campo de pressão em superfície. 
Nesta análise, o ciclone apresenta um núcleo de 986 hPa e um forte gradiente de pressão em 
seu entorno. Percebe-se ainda uma região apresentando forte gradiente de temperatura 
potencial equivalente na fronteira entre o Uruguai e o Rio Grande do Sul. Esta região 
representa o ramo frio da onda frontal, sendo a zona de transição entre duas massas de ar com 
características distintas. Nota-se que a área mais convectiva atua na vanguarda do ramo frio do 
sistema, associada à instabilidade pré-frontal. Na borda leste do ciclone também se observa 
nebulosidade convectiva, enquanto que sobre o flanco oeste a nebulosidade é 
predominantemente estratiforme. Na costa uruguaia, as rajadas de vento chegaram a 70 kt 
(aproximadamente 130 km/h). 
 
 
Figura 4 - Imagem de satélite no canal infravermelho e análise do modelo GFS para as seguintes 
variáveis: pressão ao nível médio do mar (linha amarela), temperatura potencial 
equivalente (linha verde) e espessura 1000/500 hPa (linha tracejada), para 00 UTC do dia 
03/03/2013. 
Fonte: Imagens geradas no software GEMPAK pelo Grupo de Previsão de Tempo do 
CPTEC/INPE. 
 
 
 
 
 
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 Entre os meses de outubro e abril, é comum observar a formação de centros de baixa 
pressão próximo a costa da região Sudeste do Brasil (HOSKINS e HODGES, 2005). Estes 
sistemas costumam ser mais fracos (menor baroclinia) em comparação aos eventos que se 
formam em latitudes médias, no entanto, a sua presença muitas vezes é responsável pelo 
aumento da convergência de umidade sobre o continente, provocando ocasionalmente 
episódios de chuva intensa. 
 A Figura 5 mostra um caso típico de um ciclone formado sobre o Atlântico, próximo à 
costa da região Sudeste do Brasil. A análise mostra o período em que o ciclone já se encontra 
configurado, percorrendo sua trajetória clássica para sudeste. Percebe-se que a nebulosidade 
associada ao sistema encontra-se alinhada com a instabilidade sobre o interior do Brasil, 
estendendo-se do Sudeste ao Norte do país. Nota-se que este ciclone teve como mecanismo 
precursor um cavado em nível médio, que provocou uma queda da pressão em superfície ao 
avançar em direção ao oceano. 
 
 
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Figura 5 - Imagem de satélite no canal infravermelho sobreposta à análise do modelo GFS para as 
seguintes variáveis: (a) pressão ao nível médio do mar (linha amarela) e espessura 1000/500 
hPa (linha tracejada vermelha); (b) altura geopotencial (linha contínua), isotacas e 
temperatura (linha azul tracejada) em 500 hPa. Todas as informações são referente à 00 
UTC do dia 03/03/2013. Fonte: Imagens geradas no software GEMPAK pelo Grupo de 
Previsão de Tempo do CPTEC/INPE. 
 
 
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3. Considerações Finais 
 Neste capítulo foram apresentados alguns aspectos associados ao desenvolvimento dos 
ciclones extratropicais, bem como suas características observadas em campos meteorológicos 
e em imagens de satélite. É importante deixar claro que estes sistemas diferenciam-se dos 
ciclones tropicais e híbridos em relação a sua estrutura dinâmica, uma vez que o primeiro 
desenvolve-se a partir da instabilidade baroclínica, promovendo a formação de bandas frontais 
durante os estágios de desenvolvimento e maturidade, tal como foi mostrado. Na América do 
Sul, a maioria dos ciclones apresentam tais características, entretanto, uma exceção foi o 
ciclone tropical Catarina, que ocorreu em março de 2004, próximo a costa entre os estados do 
Rio Grande do Sul e de Santa Catarina. A atividade ciclogenética observada com frequência 
entre as regiões costeiras da Argentina, Uruguai e Sul do Brasil tem uma significativa 
contribuição da Cordilheira dos Andes, que ao perturbar o escoamento de oeste em altitude, 
gera a formação e/ou amplificação de cavados a sotavento da montanha. 
 
4. Leituras Complementares 
BJERKNES, J.; SOLBERG, H. Life cycle of cyclones and the polar front theory of 
atmospheric circulation. Geofysiske Publikasjoner, 3, 1-18, 1922. 
 
BJERKNES, J.; HOLMBOE, J. On the theory of cyclones. J. Meteorol., 1, 1-22, 1944. 
 
BLUESTEIN, H. B. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes, Vol I & II. Oxford 
University Press, New York, 431-594, 1992. 
 
CELEMÍN, A. H. Meteorología práctica. Edición del Autor, Mar del Plata, Argentina, 1984. 
 
CHARNEY, J. G. The dynamics of long waves in a baroclinic westerly current. J. Meteorol., 
4, 135-162, 1947. 
 
EADY, E. T. Long waves and cyclone waves. Tellus, 1, 33-52, 1949. 
 
 
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Escobar, G. C. J. Meteorologia Sinótica Prática: Sistemas frontais clássicos, cavados 
baroclínicos e frentes subtropicais sobre América do Sul. (Desenvolvimento de material 
didático ou instrucional - Projeto: Educação e difusão do conhecimento em clima e meio 
ambiente - ECOMAC - apoiado pelo CNPq), 2010. 
 
ESCOBAR, G. C. J. Meteorologia Sinótica Prática: Ciclogêneses na América do Sul. 
(Desenvolvimento de material didático ou instrucional - Projeto: Educação e difusão do 
conhecimento em clima e meio ambiente - ECOMAC - apoiado pelo CNPq), 2010. 
Gan, M. A.; Rao, V. B. Surface cyclogenesis over South America. Monthly Weather Review, 
119, 5, 1293-1302, 1991. 
 
HOLTON, J. R. An introduction to dynamic meteorology, Academic Press, 4a. Ed., 535, 2004. 
 
HOSKINS, B. J.; HODGES, K. I. A new perspective on the southern hemisphere storm tracks. 
J. Climate, 18, 4108-4129, 2005. 
 
KOUSKY, V. E.; GAN, M. A. Upper tropospheric cyclonic vértices in the tropical South 
Atlantic. Tellus, 33, 538-551, 1981. 
 
SATYAMURTY, P. Ciclones Extratropicais. In: Laboratório de Meteorologia - Universidade 
do Vale do Paraíba (UNIVAP) - São José dos Campos, SP. (Org.). V Curso de Interpretação 
de Imagens e Análise Meteorológica, 2001. 
 
Alguns sites interessantes: 
http://www.cptec.inpe.br/tempo 
http://www.master.iag.usp.br/ 
http://www.inmet.gov.br 
http://www.dhn.mar.mil.br/ 
http://meted.ucar.edu/ 
http://www.photolib.noaa.gov/collections.html