Hidrometeorologia

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Hidrometeorologia é um ramo das Ciências Atmosféricas que trata dos ramos do ciclo da água na atmosfera e na superfície. Considera os temas comuns da hidrologia e meteorologia, estabelecendo linguagem comum e buscando integração de abordagens para construção de modelos teóricos e operacionais.[1]

Hidrologia de superfície terrestre[editar | editar código-fonte]

Hidrologia é propriamente ciência da água. Etimologicamente, a palavra tem sua raiz na Grécia antiga, o termo é muito amplo para descrever aspectos específicos de diferentes áreas. A busca de definição específica foi realizada nos anos 60. Price e Heindl (1968) pesquisaram a literatura de 100 anos anteriores para responder a questão do que é hidrologia. Notaram um consenso de que a hidrologia é uma ciência física, que se preocupa principalmente com o ciclo da água no solo e em áreas costeiras. Além disso, houve uma tendência de ampliar o termo ao invés de restringi-lo, chegando ao ponto de incluir aspectos socioeconômicos.

       Ao longo das últimas décadas do século XX, entretanto, com a crescente atividade e a maturidade na área, surgiu uma definição mais precisa. De acordo com Eagleson (1991), a hidrologia é a ciência que trata de aspectos do ciclo da água na natureza, especificamente:

  •  processos continentais de água - os processos físicos e químicos ao longo dos vários caminhos da água continental (sólido, líquido e vapor) em todas as escalas, incluindo os processos biológicos que influenciam diretamente este ciclo hídrico; e
  • balanço hídrico global - as características espaciais e temporais das transferências de água (sólido, líquido e vapor) entre todos as divisões do sistema global, isto é, a atmosfera, os oceanos e os continentes, além das quantidades de água armazenada e dos tempos de residência nessas divisões.

       Por ser definida especificamente como um processo hídrico continental, a hidrologia é uma disciplina distinta da meteorologia, da climatologia, da oceanologia, da glaciologia e de outras que também lidam com o ciclo da água nos seus domínios específicos, isto é, a atmosfera, o oceano, massas de gelo, etc., da Terra; ao mesmo tempo, no entanto, a hidrologia integra e liga essas outras geociências, na medida em que, através do balanço hídrico global, se preocupa também com as trocas de água entre todas essas divisões separadas.

       Com esta definição agora também é possível delinear o âmbito prático da análise hidrológica na engenharia e em outras disciplinas aplicadas. Consiste na determinação da quantidade e/ou taxa do fluxo de água que será encontrada em um dado local e em um dado momento em condições naturais, sem controle direto de intervenção humana. A última especificação, de que nenhum controle humano está envolvido, é necessária para distinguir hidrologia da disciplina relacionada à hidráulica. Hidráulica está preocupado com o estudo do movimento controlado de fluido bem definido e, muitas vezes em ambiente feito pelo homem. Por exemplo, os problemas que envolvem fluxos em tubos, a distribuição de água em irrigação ou o bombeamento de águas subterrâneas não são de natureza hidrológica, mas são mais adequadamente atribuídos ao domínio hidráulico.

Hidrometeorologia[editar | editar código-fonte]

A hidrometeorologia é o ramo compartilhado entre as ciências atmosféricas (meteorologia) e hidrologia que estuda a transferência de água e energia entre a superfície e a atmosfera e, lida com problemas envolvendo o ciclo hidrológico, a distribuição e o acumulado de água na atmosfera e superfície, faz estatísticas de eventos de risco associados ao ciclo da água, como tempestades, furações, enchentes repentinas, regionais, deslizamentos de encostas, investigando a presença de água na atmosfera em suas diferentes fases. De forma simples, a hidrometeorologia pode ser tratada como a meteorologia aplicada, de grande-escala a mesoescala, considerando escalas de tempo muito variadas. Envolve também a previsão de alta resolução espacial e temporal, particularmente de eventos severos de tempo, usando metodologia de previsão de muito curtíssimo prazo (nowcasting).

A Hidrometeorologia estuda os processos de precipitação e evaporação da água na atmosfera e na superfície terrestre. A precipitação é a fonte básica de água que se evapora, move-se para os córregos e rios, ou então se infiltra no chão e se funde às águas subterrâneas. Compreender esses processos é imprescindível para o gerenciamento de recursos de águas superficiais e águas subterrâneas.

O trabalho de um hidrometeorologista envolve a medição, análise e modelagem de processos atmosféricos e terrestres ligados ao ciclo hidrológico. Essas análises servem como bases para o projeto de estruturas de controle de inundações e uso de água. Dessa forma, é importante a investigação da formação de nuvens e tempestades e seus agrupamentos em sistemas meteorológicos, para a determinação das probabilidades de precipitação, a distribuição espacial e horária das chuvas e evaporação e o intervalo de recorrência das principais tempestades. Além disso o hidrometeorologista que trabalha junto a centros de gestão de risco locais e regionais é responsável por nowcasting, a previsão de muito curto período, entre 1 minuto e 6 horas, isot e, no limite de resolução dos modelos numéricos de previsão de tempo do início do século XXI.

Os objetivos da hidrometeorologia envolvem tanto medidas de longo e curto prazo. É necessário a caracterização climatológica de bacias hidrográficas e a análise da influência das mudanças climáticas sobre os recursos hídricos e o estabelecimento de modelos de previsão de vazões de longo prazo. Além disso, é de suma importância o estabelecimento de modelos de previsão de vazões em tempo real e sistemas de alerta com a utilização de informações de radares meteorológicos e pluviômetros, investigando o risco associado a deslizamentos de terra e enchentes de rápido desenvolvimento (flash floods).

Entre os seus objetos de estudo encontram-se:

Tem como áreas afins a microfísica de nuvens (quentes e frias) e a microfísica de precipitação, a meteorologia de latitudes médias e a meteorologia tropical, a dinâmica da camada limite planetária (CLP), os sistemas de medição meteorológicos (hidrometeorológicos), a calibração instrumental e verificação de qualidade de medidas de redes de medição (mesoescala, microescala,escala sinóptica etc), a eletricidade atmosférica, a formação de tempestades e sistemas precipitantes, a meteorologia sinóptica e de mesoescala.

Atualmente a hidrometeorologia tem dado atenção especial às condições superficiais das áreas urbanizadas onde o impacto das tempestades severas tem provocado consideráveis perdas materiais e humanas.

O nowcasting é a previsão do tempo imediato, realizada de forma operacional e automaticamente distribuída aos usuários (população, sua organização e liderança, como prefeitos e Defesa Civil), dos fenômenos atmosféricos associados a risco ambiental. Com a existência desses alertas, é possível a mobilização das instituições responsáveis pela prestação de auxílio à população, podendo realizar a evacuação do local de risco antes que o deslizamento de terra ou as enchentes aconteçam, evitando assim a maior parte das perdas humanas e podendo reduzir as perdas materiais.

Teoria do Reservatório Linear[editar | editar código-fonte]

Uma das aplicações de hidrometeorologia consiste no uso de modelos de escoamento para o prognóstico do ciclo hidrológico em uma determinada região. Um modelo de escoamento superficial é um modelo matemático que descreve as relações chuva-escoamento de uma área de captação, bacia hidrográfica ou bacia hidrográfica produzindo um hidrograma de escoamento de superfície em resposta a um evento de precipitação, representado e inserido como um hietograma. Em outras palavras, o modelo calcula a conversão da precipitação em escoamento. Um destes modelos de escoamento é o modelo de reservatório linear.

A hidrologia de um reservatório linear é comandada por duas equações, a equação do fluxo e a equação da continuidade.

Equação de fluxo: Q = A.S [Q]= [L / T], onde L é comprimento (por exemplo, mm) e T é tempo (por exemplo, h, dia)

Equação de continuidade: R = Q + dS / dT [R]= [L / T]

Onde:

Q é o escoamento

R é a taxa de precipitação efetiva ou recarga superficial (entrada atmosférica do modelo)

A é o inverso do tempo de resposta, com a unidade [1 / T]

S é a unidade de armazenamento de água [L]

DS é um incremento diferencial ou pequeno de S

DT é um incremento diferencial ou pequeno de T

Uma combinação das duas equações anteriores resulta em uma equação diferencial, cuja solução, para R=cte, é:

Q2 = Q1 exp{-A (T2 - T1)} + R [1 - exp{-A (T2 - T1)}]

Esta solução permite obter a vazão. Q1 e Q2 são os valores de Q no tempo T1 e T2, respectivamente. T2-T1 é o passo de tempo durante o qual a recarga R é assumida constante.

Solução de uma Equação Diferencial de Primeira Ordem com Coeficientes Variáveis[editar | editar código-fonte]

(1)

Multiplicando (1) por , onde é uma função arbitrária, tem-se que:

(2)

Lembrando da regra da cadeia:

(3)

Rearranjando em função do primeiro termo:

(4)

Substituindo (4) em (2):

(5)

Colocando em função do segundo e terceiro termos da equação acima:

(6)

Como é arbitrário, escolher de forma que o segundo termo da equação acima seja igual a zero:

Logo,

(7)
(7)

Podemos ver que existe uma família de soluções para a função . Como nos basta ter uma solução qualquer não nula para , tomamos aquela onde . Portanto:

(8)

Resolvendo a equação (6) e lembrando que o segundo termo é igual a zero, conforme admitido anteriormente, tem-se:

onde é uma constante.

Centros hidrometeorológicos operacionais[editar | editar código-fonte]

UNESCO[2] tem diversos programas e atividades operacionais que tem como meta estudar os riscos naturais com origem em fenômenos hidrometeorológicos e na mitigação de seus efeitos. Na origem desses riscos tem-se processo naturais, fenômenos de natureza atmosféricos, hidrológicos ou oceanográficos, tais como: enchentes, ciclones tropicais, seca e desertificação. Muitos países tem estableciodo capacidade hidrometeológica operacional para assistir com precisão de tempo e nowcasting, alerta (risk warning) e informando a Defesa civil e o público do riscos em desenvolvimento ou iminentes.

Centros de previsão hidrometeorológica no mundo (lista parcial)[editar | editar código-fonte]

Países com serviços operacionais hidrometeorológicos (i.e., centros de gestão de emergências), entre outros:

Hydrometeorological Prediction Center (HPC)[editar | editar código-fonte]

O Centro de Previsão Hidrometeorológico (Hydrometeorological Prediction Center, HPC) [11] é responsável pela previsão, regulamentação e análise de produtos e serviços hidrometeorológicos dos EUA. Fornece suporte às atividades de previsão hidrometeorológica em escala diária para os operadores do Serviço Nacional de Tempo, National Weather Service (NWS) [12] dos EUA e aos seus usuários e é responsável por suporte, durante emergências e situações especiais, a outras agências do governo.

Alerta Rio[editar | editar código-fonte]

O Alerta Rio é o sistema de alerta de chuvas intensas e de deslizamentos em encostas da cidade do Rio de Janeiro, relacionado a área de Hidrometeorologia. Foi criado em 25 de setembro de 1996 (Decreto Nº 15142) e desde então é gerenciado pela Fundação GEO-RIO, com o objetivo de emitir BOLETINS DE ALERTA à população sempre que houver previsão de chuvas intensas que possam gerar inundações de vias públicas e/ou acidentes geotécnicos em encostas (deslizamentos).

O Sistema conta com uma rede de 33 estações telemétricas espalhadas por todas as regiões do Município do Rio de Janeiro. Estas estações enviam dados em tempo real, a cada 15 minutos, para a central do Alerta Rio. Deste total de 33 estações, 26 são pluviométricas, ou seja, enviam apenas leituras de chuva. Cinco delas são estações meteorológicas que enviam leituras de chuva, temperatura e umidade do ar (Irajá, Jardim Botânico, Barra/Riocentro, Santa Cruz e Alto da Boa Vista), e duas são estações meteorológicas completas que transmitem dados de chuva, vento, temperatura, umidade do ar e pressão atmosférica (Guaratiba e São Cristóvão). 

A equipe do Alerta Rio/GEO-RIO é composta por Meteorologistas, Engenheiros, Geólogos e Técnicos que realizam monitoramento das condições do tempo e manutenção da rede de equipamentos 24 horas por dia, 7 dias por semana. Nas situações em que há a previsão de chuvas intensas para o Município do Rio de Janeiro são emitidos avisos para os órgãos da Prefeitura envolvidos na mitigação dos danos causados por chuva forte (como Defesa Civil, RioÁguas e outros). A população é avisada através dos canais do Alerta Rio na Internet (Facebook, Instragram e app Alerta Rio) e pela imprensa.

O site do Alerta Rio conta com relatórios anuais de chuva, climatologia mensal do rio, relatórios anuais de escorregamentos e os 50 maiores acidentes. A previsão de tempo é feita para 24h e também uma previsão estendida de 4 dias à frente. No portal pode-se encontrar registros de chuva em tempo real, mapas de chuva, sensação térmica diária e dados pluviométricos e meteorológicos disponíveis para download.

O sistema do Alerta Rio ainda conta com o Radar Meteorológico do Sumaré, que é um radar do tipo banda-C e está localizado no alto da Serra da Carioca, dentro do Parque Nacional da Tijuca. Sua operação teve início em dezembro de 2010 e atualmente é operado pelo Sistema Alerta Rio, diretamente do Centro de Operações Rio (COR), no bairro da Cidade Nova, de forma remota através de links de rádio. A base do radar está a uma altitude de 695,51 metros e suas coordenadas de localização são: Latitude: 22º 57′ 18.5″ S e Longitude: 43º 14′ 53.8″ W.

A lista de estações incluídas no sistema é a seguinte:

Localização UTM (SAD69 Zona 23)
Estação Latitude Longitude Cota (m) X Y
1 Vidigal -22,99250° -43,23306° 85 681138,532 7456241,298
2 Urca -22,95583° -43,16667° 90 688004,213 7460236,157
3 Rocinha -22,98583° -43,24500° 160 679831,802 7457041,035
4 Tijuca -22,93194° -43,22167° 340 682358,108 7462941,416
5 Santa Teresa -22,93167° -43,19639° 170 684951,792 7462971,838
6 Copacabana -22,98639° -43,18944° 90 685675,030 7456902,449
7 Grajaú -22,92222° -43,26750° 80 677639,269 7463809,403
8 Ilha do Governador -22,81806° -43,21028° 0 683708,659 7475959,609
9 Penha -22,84444° -43,27528° 111 677059,917 7472757,104
10 Madureira -22,87333° -43,33889° 45 670409,679 7469665,020
11 Irajá -22,82694° -43,33694° 20 670692,602 7474733,927
12 Bangu -22,88028° -43,46583° 15 657403,761 7468956,662
13 Piedade -22,89182° -43,31005° 50 673344,642 7467452,646
14 Jacarepaguá/Tanque -22,91250° -43,36472° 73 667541,219 7465482,186
15 Saúde -22,89606° -43,18786° 15 685875,072 7466833,239
16 Jardim Botânico -22,97278° -43,22389° 0 682133,530 7458453,116
17 Barra/Barrinha -23,00849° -43,29965° 7 674262,081 7454520,709
18 Jacarepaguá/Cidade de Deus -22,94556° -43,36278° 15 667928,198 7461632,847
19 Barra/Riocentro -22,98129° -43,40508° 0 662819,045 7458366,675
20 Guaratiba -23,05028° -43,59472° 0 646759,839 7560709,033
21 Est. Grajaú/Jacarepaguá -22,92556° -43,31583° 105 672722,551 7463726,025
22 Santa Cruz -22,90944° -43,68444° 15 634915,936 7465594,315
23 Grande Méier -22,89056° -43,27806° 25 676628,743 7467665,546
24 Anchieta -22,82694° -43,40333° 50 663886,431 7474809,856
25 Grota Funda -23,01444° -43,52139° 11 651526,394 7454108,412
26 Campo Grande -22,90361° -43,56194° 30 647538,728 7466493,819
27 Sepetiba -22,96889° -43,71167° 62 632068,601 7459406,612
28 Alto da Boa Vista -22,96583° -43,27833° 355 676494,085 7459222,483
29 Av. Brasil/Mendanha -22,85694° -43,54111° 30 649669,378 7471561,078
30 Recreio dos Bandeirantes -23,01000° -43,44056° 10 662606,110 7565320,204
31 Laranjeiras -22,94056° -43,18750° 60 685883,625 7462252,656
32 São Cristóvão -22,89667° -43,22167° 25 682404,960 7466817,174
33 Tijuca/Muda -22,93278° -43,24333° 31 680136,137 7462851,843
Endereços
Estação Endereço
1 Vidigal Hotel Sheraton - Av. Niemeyer,121
2 Urca Instituto Militar de Engenharia - Av. Pasteur,35
3 Rocinha Região Administrativa - Estrada da Gávea,242
4 Tijuca Centro de Estudos do Sumaré - Estrada do Sumaré,670
5 Santa Teresa Escola Estadual Monteiro de Carvalho - Rua Almirante Alexandrino,2495
6 Copacabana Hotel Sofitel - Av. Atlântica,4240
7 Grajaú Grajaú Country Clube - Rua Professor Valadares,262
8 Ilha do Governador Iate Clube Jardim Guanabara - Rua Orestes Barbosa,229
9 Penha Irmandade de N. S. da Penha de França - Largo da Penha,19
10 Madureira Edifício Pólo I - Estrada do Portela,99
11 Irajá Ceasa - Av. Brasil,19001
12 Bangu Cassino Bangu - Rua Fonseca,534
13 Piedade Hospital Municipal da Piedade - Rua da Capela,96
14 Jacarepaguá/Tanque Inst. Est. de Dermatologia Sanitária - Rua Godofredo Viana,64
15 Saúde Hospital Federal dos Servidores do Estado - Rua Sacadura Cabral,178
16 Jardim Botânico Jóquei Clube - Rua Jardim Botânico,1003
17 Barra/Barrinha Rua Major Rolinda da Silva,65
18 Jacarepaguá/Cidade de Deus Telemar - Estrada Mal. Salazar de Moraes,1409
19 Barra/Riocentro Sarah Rio Centro de Reabilitação Infantil - Ilha da Pombeba - Av. Salvador Allende ,S/N
20 Guaratiba Campo de Provas Marambaia - Estrada Roberto Burle Marx,9140
21 Est. Grajaú/Jacarepaguá Hospital Cardoso Fontes - Av. Menezes Cortes,3245
22 Santa Cruz IBEComb - Praça Ruão ,S/N
23 Grande Méier Paróquia Sto. Antônio de Pádua - Rua Tenente França,141
24 Anchieta Esc. Municipal Cyro Monteiro - Rua Antúria ,31
25 Grota Funda Base Operacional da Transoeste - Entrada Recreio do Túnel da Grota Funda - Recreio dos Bandeirantes,S/N
26 Campo Grande Centro Universitário Moacyr Sreder Bastos - Rua Eng. Trindade,229
27 Sepetiba Base Aérea de Santa Cruz - Rua do Império,S/N
28 Alto da Boa Vista Rua Boa Vista,196
29 Av. Brasil/Mendanha Escola Municipal Casemiro de Abreu - Estrada do Mendanha,4842
30 Recreio dos Bandeirantes Avenida Baltazar da Silveira,335
31 Laranjeiras 1a. CIPM - Rua Cardoso Junior,479
32 São Cristóvão GEORIO - Rua Campo de São Cristóvão,268
33 Tijuca/Muda Escola Municipal Soares Pereira - Av. Maracanã,1450

Referências

  1. Brutsaert, W. (2005). Hydrology: an introduction. [S.l.]: Cambridge University Press. ISBN 0521531861. OCLC 56334052 
  2. «Hydro-meteorological hazards | United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization». Unesco.org. Consultado em 5 de agosto de 2016 
  3. «Centro Nacional de Monitoramento e Alerta de Desastres Naturais (Cemaden)». Consultado em 29 de junho de 2017 
  4. «Agência Nacional de Águas (ANA)». Consultado em 30 de junho de 2017 
  5. «Sistema Alerta Rio da Prefeitura do Rio de Janeiro». Consultado em 30 de junho de 2017 
  6. «Flood Forecasting Centre». Ffc-environment-agency.metoffice.gov.uk. 22 de setembro de 2011. Consultado em 28 de maio de 2014 
  7. «Information nationale». Vigicrues. Consultado em 28 de maio de 2014 
  8. «Hydro-Meteorology». Imd.gov.in. Consultado em 28 de maio de 2014. Arquivado do original em 30 de junho de 2014 
  9. «Flood Forecasting Service». Sepa.org.uk. Consultado em 28 de maio de 2014 
  10. «Republic Hydrometeorological service of Serbia Kneza Višeslava 66 Beograd». Hidmet.gov.rs. 18 de maio de 2014. Consultado em 28 de maio de 2014 
  11. (em inglês) Hydrometeorological Prediction Center
  12. (em inglês) "National Weather Service" da National Oceanic and Atmospheric Administration - NOOA
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