EFFETS DES PRATIQUES MUSICALES SUR LES ACQUIS DES ELEVES

A constante dinâmica do ciclo hidrológico provoca interações no estado da molécula da água entre a superfície do planeta e a atmosfera, como a evapotranspiração e condensação sob a forma de nuvens com transporte horizontal ou advecção por ação do vento e retorno à sua superfície através do fenómeno de precipitação. A precipitação é uma das componentes do ciclo da água e resulta da saturação do vapor de água atmosférico a uma determinada altitude, transformando a molécula no estado líquido, acabando na maioria dos casos por voltar à superfície pela ação da gravidade. Este fenómeno está relacionado com a pressão atmosférica através da ocorrência de baixas pressões, onde o ar quente de menor densidade converge à superfície e ascende até chegar a níveis onde a densidade do ar é menor e acaba por condensar, formando nuvens e acabando eventualmente por precipitar (Fry et al., 2010). A versatilidade estrutural da molécula da água faz com que a precipitação possa ocorrer sob a forma de diversos hidrometeoros entre os quais se destacam a água liquida, cristais de gelo, flocos de neve, granizo, orvalho e geada. Nem toda a água líquida resultante da condensação do vapor chega à superfície da Terra, havendo uma parte considerável que evapora e termina o seu percurso descendente voltando ao estado gasoso.

A ocorrência dos eventos meteorológicos mais severos é provocada por forte instabilidade atmosférica associada a situações de transferências de energia através das largas massas de humidade, que está fortemente ligada às variações no campo do vapor de água e à sua circulação no ciclo hidrológico local e regional (Van Baelen et al., 2011; Manning et al., 2012). Áreas do planeta caracterizadas por uma elevada quantidade de humidade e temperaturas altas, como por exemplo as tropicais ou equatoriais, são locais privilegiados para formação das tempestades mais severas. Por outro lado, nas regiões áridas e polares a menor quantidade de humidade redunda em largos períodos de ausência de chuva. Nas latitudes médias ocorre um nível de precipitação médio verificado entre estes dois extremos.

O fenómeno da precipitação em condições extremas pode originar diversos desastres naturais como a desertificação do solo na sua privação, ou cheias e deslizamentos de terra quando a sua intensidade é elevada. Fenómenos de chuva torrencial causam muitas vezes prejuízos antropogénicos, tanto em ambiente rural, danificando estruturas e campos agrícolas ou provocando fatalidades nos animais, como em ambiente urbano, podendo afetar os transportes públicos, danificar vias de comunicação ou edifícios e em casos extremos provocar a fatalidade de pessoas. O incremento dos casos de precipitação extrema nos últimos anos tem vindo a ser demonstrando através de vários estudos com base em observações ou em modelos numéricos de previsão (Soares et al., 2012a). Especialmente no caso das chuvas intensas, o modelo de previsão numérica tem limitações ao nível da parametrização das variáveis relacionadas com a medição do vapor de água, originando por vezes estimações incorretas ou imprecisas das nuvens e precipitação (Haase et al., 2003; Yan et al., 2009). Muitas vezes a determinação da hora e magnitude exatas dessas ocorrências falha (Champollion et al., 2004). Estudos de sensibilidade, analisando a limitação na medição da humidade ao longo da troposfera, concluíram que variações na ordem de 1% no

Capítulo 4: O GPS como previsor de chuva

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conteúdo do vapor de água na vizinhança de uma célula da tempestade tem impactos significativos na aferição da intensidade dessa mesma tempestade (Braun, 2004). Pelas razões anteriormente enunciadas, uma análise mais detalhada do campo de vapor de água é essencial para se obter uma maior precisão na probabilidade de previsão de chuva nos modelos NWP (Haase et al., 2003; Champollion et al., 2004; Nilsson et al., 2007).

A análise de um caso de estudo de chuva torrencial em França utilizando dados GNSS demonstrou a potencialidade da técnica para a estudar eventos meteorológicos, onde os resultados obtidos indicam que pequenas variações no campo de vapor de água podem ter um papel crucial na geração de processos de convecção profunda (deep convection) (Champollion et al., 2004). Outro estudo pioneiro com meteorologia GNSS verificou que em zonas montanhosas os processos de convecção superficial e profunda (shallow and deep convection) podem ser desencadeados pela redistribuição da circulação local do vapor de água (Iwasaki e Miki, 2001). As regiões costeiras formadas por um relevo topográfico acidentado são normalmente caracterizadas por massas de ar significativas de vapor de água, que ocasionalmente originam processos de lifting com fortes gradientes horizontais de nuvens que frequentemente provocam chuva orográfica torrencial (Champollion et al., 2004; Brenot et al., 2006; Bastin et al., 2007; Bock et al., 2007; Van Baelen et al., 2011). A maioria dos eventos de chuva intensa que são registados em zonas costeiras têm origem em processo de advecção de grandes massas de ar húmido provenientes do oceano, especialmente em regiões e altura do ano com águas quentes como as que podem ser encontradas ao longo do Mediterrâneo (Vedel et al., 2004). Se este ar quente e húmido se cruza com o ar frio polar proveniente de norte e com maior prevalência na média e alta troposferas, como é frequente acontecer nesta região durante o outono, é muito provável a ocorrência de instabilidade estática (static instability), que pode levar a chuva intensa provocada por fenómenos atmosféricos de convecção intensa ou profunda (Champollion et al., 2004). Vários estudos têm também demonstrando que a interação entre o clima mediterrânico na Europa mais ocidental e a NAO (North Atlantic Oscillation) é de impacto suficiente para o desenvolvimento de tempestades nas regiões costeiras locais, influenciando desta forma o ciclo hidrológico regional (Trigo et al., 2005). Na fase negativa da NAO ocorre uma predominância do ar frio sobre a costa este da América, mas também favorece as condições para a ocorrência de tempestades na Europa mediterrânica (Fry et al., 2010).

Em todos estes casos de estudo e noutros semelhantes, uma análise mais detalhada da distribuição do vapor de água é um fator chave para enriquecer o conhecimento sobre a origem dos eventos de precipitação e dessa forma adquirir informação significativa para prevê-los antecipadamente. A presente massificação e crescimento global das redes de estações GNSS abriram uma janela de oportunidade para a potencial utilização da meteorologia GNSS na observação da variabilidade do conteúdo do vapor de água integrado na troposfera. Desta forma pode ser garantida uma boa cobertura horizontal na medição de vapor de água com precisão e de forma contínua em áreas remotas e de difícil acessibilidade. A aplicação da tomografia nos dados meteorológicos GNSS eleva ainda mais as potencialidades na aquisição deste tipo de medições, permitindo um estudo 3D do conteúdo do vapor de água ao longo da troposfera. Uma das mais-valias da tomografia com dados GPS é que permite melhorar a observação da anisotropia na distribuição horizontal do vapor de água ao longo da rede de estações, facilitando a identificação das áreas de contraste como frentes meteorológicas ou altos gradientes de humidade (Champollion et al., 2009; Van Baelen et al., 2011; Zhang et al., 2015). A aplicação da tomografia GNSS permite também resolver a distribuição vertical do seu conteúdo, que é fundamental para a identificação de células convectivas responsáveis por precipitação severa (Champollion et al., 2009; Labbouz et al., 2013; Manning et al., 2012). Seguindo esta tendência, a meteorologia GNSS tem vindo a ganhar importância como um método de características privilegiadas para a observação do vapor de água e a análise de estudos climáticos ou meteorológicos (Haase et al., 2003; Jin et al., 2007; 2009; Brenot et al., 2014). Outros exemplos destas aplicações são a assimilação experimental de dados num modelo NWP (Haase et al., 2003; Vedel et al.,

Estimação do campo 3D do vapor de água através de técnicas de tomografia por GNSS e InSAR

61 2004; Brenot et al., 2006; Yan et al., 2009; Karabatic et al., 2011), estudo de transporte e circulação regional de vapor de água (Baker et al., 2001; Bastin et al., 2007; Bock et al., 2007; Van Baelen et al., 2011), eventos meteorológicos severos como cheias (Brenot et al., 2006), chuvas convectivas (Seko et al., 2000; Champollion et al., 2004; Champollion et al., 2009; Adams et al., 2011; Zhang et al., 2015) ou análise de tendências ou séries temporais de precipitação (Seco et al., 2012; Shoji et al., 2013; Benevides et al., 2013a; Benevides et al., 2013b; Benevides et al., 2015a).

Neste capítulo é analisado o conteúdo do vapor de água obtido através do processamento atmosférico GPS complementando com dados meteorológicos de precipitação horária, com a finalidade de estudar a sua utilidade como ferramenta de nowcasting (ou previsão em tempo real). O seu propósito é procurar uma relação entre a evolução temporal do atraso GPS e a ocorrência de precipitação, analisando diferentes eventos com especial foco nas chuvas intensas. A região escolhida para realizar esta experiência cobre os dados da rede de Lisboa (Figura 3.1), que tem um clima mediterrânico influenciado fortemente pelo Oceano Atlântico, com frequentes episódios de chuva severa que estão associados a largos gradientes horizontais de humidade (Soares et al., 2012b). Este trabalho foi extraído e desenvolvido a partir do conteúdo de um primeiro trabalho, apresentado numa primeira fase em conferência nacional (Benevides et al., 2013a) e numa segunda apresentado em conferência internacional (Benevides et al., 2013b). O desenvolvimento destas temáticas deu origem a um segundo trabalho, materializado através de um artigo de revista científica submetido e aceite para publicação durante o doutoramento (Benevides et al., 2015a).