Um oceano nos
ares
Radares e sobrevoos detalham os mecanismos de
formação de chuva e o efeito da poluição urbana sobre o clima da Amazônia
CARLOS FIORAVANTI | ED. 217 | MARÇO 2014
Este belo estudo foi publicado em 2014. Repetimos neste inicio de verão para fixar que este é um planeta água. De longe, nossos irmãos universais devem achar assim, planeta água.
O mundo das águas: nuvens escuras
cobrem o rio Negro e Manaus no dia 18 de fevereiro de 2014, antecipando mais
uma chuva amazônica
De Manaus
Aqui em Manaus e por esta vasta região Norte chove muito o ano todo, mas
as chuvas são diferentes. No início do ano – fevereiro e março – chove quase
todo dia, com poucos relâmpagos, e o aguaceiro lava a floresta e as cidades
durante horas seguidas. Já no final do ano – de setembro a novembro – as tempestades
são mais intensas, com muitos relâmpagos, acordando medos atávicos, e as chuvas
são localizadas e mais breves. Para confirmar e detalhar os mecanismos de
formação da chuva – diferente em cada região do país e mesmo dentro de uma
mesma região – e o efeito da poluição de Manaus sobre o clima da Amazônia, um
grupo de 100 pesquisadores do Brasil, dos Estados Unidos e da Alemanha começou
a escrutinar o céu da região de Manaus com radares e aviões, por meio do
programa Green OceanAmazon (GOAmazon). Lançado oficialmente no dia 18 de
fevereiro em Manaus, o GOAmazon conta com orçamento de R$ 24 milhões e apoio
financeiro da FAPESP, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas
(Fapeam) e Departamento de Energia e Fundação Nacional de Ciência (NSF) dos
Estados Unidos.
A expressão green ocean nasceu em 1999, na primeira
grande campanha do programa Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera
na Amazônia (LBA). Sobrevoando a floresta de Ji-Paraná, em Rondônia, os
pesquisadores – muitos deles integrantes deste novo programa – notaram que as
nuvens não se comportavam como o esperado. Nessa região da Amazônia já próxima
à Bolívia, imaginava-se que as nuvens tivessem até 20 quilômetros (km) de
altura e apresentassem alta concentração de material particulado e de gotas
pequenas de chuva, características das chamadas nuvens continentais. Em vez
disso, elas tinham características das nuvens oceânicas, com pouco material
particulado, de formação mais rápida e topos relativamente baixos, como em
áreas oceânicas – era um oceano, não azul, mas verde, por estar sobre a
floresta. Antonio Manzi, pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisas da
Amazônia (Inpa), que participou daquela e de outras expedições do LBA e agora
integra o GOAmazon, lembra-se de que foi também em 1999 que verificaram que as
chamadas nuvens quentes, que não formam cristais de gelo, eram as predominantes
na região – um fato inesperado em áreas continentais.
O volume de chuva que cai sobre a bacia amazônica equivale a um oceano.
Segundo Manzi, são em média 27 trilhões de toneladas de água por ano. Em termos
mais concretos, a chuva, se se acumulasse em vez de escoar no solo, formaria
uma lâmina d’água com uma espessura de 2,3 metros ao longo dos 6,1 milhões de
quilômetros quadrados da bacia amazônica, que se espalha pelo Brasil e por
vários países vizinhos. Luiz Augusto Machado, pesquisador do Instituto Nacional
de Pesquisas Espaciais (Inpe), calculou o volume médio da água de chuva em todo
o país: são 14 trilhões de toneladas por ano. Caso se acumulasse, essa água da
chuva formaria uma camada de 1,7 metro de altura cobrindo todo o país.
Machado é também o coordenador do Projeto Chuva, que integra o GOAmazon e fará
agora em Manaus a última etapa de um levantamento sobre os tipos e distribuição
de nuvens de chuva no Brasil.
Ainda não está claro como esse oceano aéreo se forma. “As nuvens podem
ou não gerar chuva”, diz Gilberto Fisch, do Instituto de Aeronáutica e Espaço
(IAE), de São José dos Campos, e pesquisador do Projeto Chuva. “Costuma-se dizer
que, quando há vapor-d’água, a chuva se forma e cai, mas não é bem assim.” A
maioria das gotículas que formam as nuvens, com dezenas de micrômetros de
diâmetro, se dispersa na forma de vapor. Só uma minoria consegue ganhar volume
e se transformar em gotas com diâmetro de 1 a 5 milímetros e cair, por ação da
gravidade. Entender como as nuvens se formam e crescem e em quais a chuva
efetivamente se forma é uma das metas da equipe do GOAmazon.
Em um dos locais de coleta de informações, no município de Manacapuru,
80 km a oeste de Manaus, 120 equipamentos estão funcionando dia e noite –
alguns expostos, outros no interior de 15 contêineres – para levantar
informações sobre o clima na região, com o reforço dos balões meteorológicos,
soltados a cada seis horas. Sobre um dos contêineres está um radar com alcance
de 100 km que examina o formato e a constituição de nuvens formadoras de chuva
e, desde 2010, fez o mesmo serviço em outras cidades brasileiras. As
informações apuradas sobre as nuvens serão confrontadas com as do satélite GPM,
que deve ser lançado em 27 de fevereiro do Japão e permanecer em uma órbita de
400 km de altura, enviando informações sobre as nuvens de chuva em quase todo o
planeta. “O GPM vai passar duas vezes por dia sobre Manaus, complementando
nossas informações”, diz Machado.
Um avião de pesquisa vindo dos Estados Unidos chegou a Manaus no dia 16
de fevereiro com a previsão de começar a voar nos dias seguintes para examinar
diretamente os tipos de cristais de gelo do interior das nuvens e os teores de
gás carbônico (CO2) e material particulado. O avião norte-americano
e outro da Alemanha devem sobrevoar a cidade e a floresta em setembro para
medir as eventuais alterações do clima na estação seca.
Os experimentos, previstos para terminarem em dezembro de 2015, devem
resultar em previsões meteorológicas de curto prazo (duas horas) e modelos
computacionais de circulação atmosférica mais apurados. Em algumas regiões do
país o monitoramento do volume de chuvas, dependente de satélites
meteorológicos, ainda é muito impreciso, adiando as medidas de alerta que
poderiam salvar vidas antes de as chuvas fortes chegarem.
Varrendo o céu: o radar de nuvem (esquerda)
e o de chuva, instalados em Manacapuru, a 80 km de Manaus
Uma metrópole na floresta
Com forte base industrial, uma frota de 700 mil veículos e quase 2 milhões de habitantes, Manaus, capital do estado do Amazonas, é a maior metrópole tropical do mundo cercada por centenas de quilômetros de floresta. Como a pluma de poluentes produzida por essa megacidade no centro da Amazônia altera o ciclo de vida dos aerossóis e das nuvens em áreas de mata preservada e como esses elementos interagem na atmosfera e provocam mais ou menos chuvas na região?
Essas são as questões centrais que o experimento internacional GOAmazon
tentará responder nos próximos anos. Um conjunto detalhado de medidas sobre
aerossóis, gases traço (gás carbônico, metano e outros) e nuvens será realizado
em seis diferentes sítios. Três se encontram a leste, antes de o vento passar
por Manaus, e, portanto, sua atmosfera ainda não foi contaminada pela pluma de
poluição da capital. Um quarto posto de medição será na própria metrópole e os
dois últimos se situam em Iranduba e Manacapuru, a oeste, onde a atmosfera já
carrega a influência dos poluentes emitidos em Manaus.
“Não há outra cidade com uma situação similar à da capital do Amazonas”,
afirma Paulo Artaxo, coordenador de projeto temático ligado ao GOAmazon.
“Sabemos que a poluição altera a precipitação, mas em que tipo de nuvem e em
que circunstância?” Os estudos de Scott Martin, pesquisador da Universidade
Harvard e integrante do GOAmazon, indicaram que o efeito dos aerossóis sobre o
clima da Amazônia varia de acordo com a época do ano. Já se viu também que as
nuvens que passam sobre a cidade recebem poluição e apresentam uma
refletividade maior que as sem poluição. As nuvens da floresta têm uma carga de
material particulado equivalente à da era pré-industrial.
Maria Assunção da Silva Dias, pesquisadora do Instituto de Astronomia,
Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP) que
coordenou a campanha do LBA em 1999, vai modelar a influência da brisa fluvial
originada pelos rios Negro, Solimões e Amazonas sobre o vento que carrega a
pluma de poluentes da capital amazonense. A brisa sopra do rio para a terra
durante o dia. À noite, ela inverte o sentido. “Em rios com margens
largas, como o Negro, a brisa pode ser um fator capaz de alterar a direção e a
intensidade dos ventos, modificando o regime de chuvas em áreas próximas”, diz
Maria Assunção, que em 2004 realizou um estudo semelhante sobre a brisa do rio
Tapajós, em Santarém, no Pará.
Neve no nordeste
Dispostos a entender melhor a formação de chuva pelo país e a evitar tragédias climáticas, a equipe do Inpe coletou nos últimos quatro anos dados em cinco pontos de amostragem: Alcântara, no Maranhão; Fortaleza, no Ceará; Belém, no Pará; São José dos Campos, em São Paulo; e Santa Maria, no Rio Grande do Sul. Um radar e outros equipamentos agora instalados em Manaus medem o tamanho das gotas nas nuvens e os tipos de cristais que as formam. As formas das gotas, a propósito, são bem diferentes: podem ser horizontais, elípticas ou oblongas, mas todas longe do formato abaulado com que normalmente se representam as gotas de chuva.
Preparando lançamento de balão
meteorológico
“Esse é o primeiro recenseamento da distribuição de gotas de chuvas e
cristais de gelo no território nacional”, diz Machado. O que se notou, em
linhas gerais, é que diferentes tipos de nuvens (mais altas ou mais baixas),
com diferentes tipos de cristais de gelo (em forma de estrela, coluna ou cone),
se formam e se desfazem continuamente em todas as regiões do país. Também se
viu que há particularidades regionais, que indicam processos distintos de
formação de chuvas e fenômenos surpreendentes. As formas e os humores da chuva
pelo país ao longo do ano são diversificados a ponto de lembrarem o poema Caso
pluvioso, no qual o poeta Carlos Drummond de Andrade descobre que Maria é
que chovia (ele não conta quem era Maria) e a chama de chuvadeira, chuvadonha,
chuvinhenta, chuvil e pluvimedonha. E em seguida: “Choveu tanto Maria em minha
casa / que a correnteza forte criou asa / e um rio se formou, ou mar, não sei,
/ sei apenas que nele me afundei”.
A realidade também exibiu um pouco de poesia. “Detectamos neve nas
nuvens mais altas sobre a cidade de Fortaleza”, diz Machado. Para decepção dos
moradores locais, porém, a neve derrete e cai como chuva comum. No Nordeste
predominam as nuvens quentes, assim chamadas porque o topo está abaixo do
limite de temperatura de 0o Celsius (ºC) e, por essa razão,
nelas não se formam cristais de gelo, como nas regiões mais altas dos outros
tipos de nuvens. Por não abrigarem gelo, essas nuvens passam despercebidas
pelos satélites meteorológicos e pelos equipamentos de micro-ondas usados para
prever a formação de chuvas, resultando em medições imprecisas. As medições de
nuvens quentes feitas por radar em Alcântara indicaram que os valores de volume
de água, comparados com as medições feitas por satélite, estavam subestimados
em mais de 50%, como descrito por Carlos Morales, pesquisador da USP que
integra o Projeto Chuva.
O limite – ou isoterma – de 0ºC separa cristais de gelo
(acima) e água líquida (abaixo): é uma espécie de porta invisível da chuva,
onde o gelo derrete e forma água. Não é lá muito rigorosa, porque no Sudeste,
por causa das fortes correntes ascendentes, a água permanece líquida a
temperaturas de até 20 graus negativos, acima da camada de derretimento do
gelo. “A combinação entre água e gelo em altitudes mais elevadas é a principal razão
da maior incidência das descargas elétricas na região Sudeste”, diz Machado.
Manaus sob chuva
Por meio do radar, pode-se examinar a
proporção de água e de gelo no interior das nuvens, desse modo obtendo
informações que escapam dos satélites usados na previsão do tempo. “Os
satélites não detectam as gotas grandes de água e de baixa concentração que vêm
do Atlântico e formam as nuvens das regiões Nordeste e Sudeste”, Machado
exemplifica. No Nordeste as nuvens, que se concentram na zona costeira, são alimentadas
pelas massas de ar vindas de regiões próximas ao equador, que se movem do
oceano para o continente. Já no Sul e no Sudeste as chuvas se devem
principalmente às massas de ar frio (frentes frias) que vêm da Argentina. Os
especialistas dizem que os satélites também não detectam fenômenos que não
escapariam ao radar, como a transformação de um vento quente que veio do
oceano, esfriou rapidamente ao encontrar as regiões mais frias do alto das
serras no Sul do Brasil e desabou como uma chuva impiedosa sobre Blumenau e
toda a região leste de Santa Catarina em 2008.
O radar de dupla polarização, em
conjunto com outros instrumentos, envia ondas horizontais e verticais que, por
reflexão, indicam o formato dos cristais de gelo e das gotas de chuva, desse
modo elucidando a composição das nuvens e os mecanismos de formação e
intensificação das descargas elétricas (raios) durante as tempestades. Os
pesquisadores verificaram que as nuvens com muitos raios são mais altas e
abrigam uma diversidade maior de cristais de gelo e mais granizo (pedras de
gelo) do que aquelas que produzem menos raios. Além disso, de acordo com esse
levantamento, as cargas elétricas negativas permanecem na mesma altura, logo
acima do limite de 0oC, e as positivas podem ficar mais altas, acompanhando
o topo das nuvens e o aumento da intensidade da descarga elétrica (ver
detalhes no infográfico).
“Quem não quer
saber onde vai chover antes de sair de casa?”, indaga Machado. Os especialistas
acreditam que os dados coletados, combinados com a modelagem computacional já
utilizada para a previsão do clima, podem criar uma base sólida de conhecimento
teórico e aplicado sobre a chuva continental. Em uma das ramificações do
Projeto Chuva – o SOS, Sistema de Observação de Tempo Severo –, o grupo do Inpe
trabalhou com equipes da Defesa Civil e de universidades em cada uma das
cidades em que se instalaram com os equipamentos para prever a chegada de
chuvas com duas horas de antecedência e uma resolução espacial que define
possíveis pontos de alagamentos nos bairros, complementando as previsões
fornecidas por supercomputadores como o Tupã, instalado no Inpe. Com base
nessas experiências, Machado acredita que o radar, acoplado a um sistema de
informação geográfica (SIG) e às tecnologias já em uso de previsão de chuva em
alta resolução, da ordem de centenas de metros, viabiliza a previsão imediata
de tempestades e desastres climáticos, para que o morador de um bairro possa
saber, antes de sair de casa, se está chovendo no bairro vizinho, para onde
está indo. “Para isso”, ele diz, “precisamos conhecer o tamanho das gotas de
chuva e dos fenômenos que se passam no interior das nuvens, como já estamos fazendo”.
Eles continuam trabalhando, enquanto agora, como na canção de Tom Jobim, chegam
as águas de março, fechando o verão.
Com colaboração de Marcos Pivetta
Projetos
1. Processos de nuvens associados aos principais sistemas precipitantes no Brasil: uma contribuição a modelagem da escala de nuvens e ao GPM (medida global de precipitação) (2009/15235-8); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Luiz Augusto Toledo Machado – Inpe; Investimento R$ 2.188.914,06 (FAPESP). - 2. GoAmazon: interação da pluma urbana de Manaus com emissões biogênicas da floresta amazônica (2013/05014-0);Modalidade Projeto temático; Pesquisador responsável Paulo Eduardo Artaxo Netto – IF-USP; Investimento R$ 3.236.501,79 (FAPESP).
1. Processos de nuvens associados aos principais sistemas precipitantes no Brasil: uma contribuição a modelagem da escala de nuvens e ao GPM (medida global de precipitação) (2009/15235-8); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Luiz Augusto Toledo Machado – Inpe; Investimento R$ 2.188.914,06 (FAPESP). - 2. GoAmazon: interação da pluma urbana de Manaus com emissões biogênicas da floresta amazônica (2013/05014-0);Modalidade Projeto temático; Pesquisador responsável Paulo Eduardo Artaxo Netto – IF-USP; Investimento R$ 3.236.501,79 (FAPESP).