Resumo O presente trabalho analisa as características principais das frentes frias causadoras de chuvas intensas no litoral do Estado de Santa Catarina, com a finalidade de melhorar o conhecimento e a previsão desse tipo de situação. Para isso, foi feita uma climatologia sinótica das frentes frias, utilizando reanálises CFSR do NCEP e dados de precipitação do CPTEC/INPE no período 1998-2010, a partir dos quais foram separados 5% das frentes frias mais chuvosas da série. Os resultados mostram que as frentes frias que provocam chuvas mais volumosas ocorrem ao longo de todo o ano, associadas à penetração de cavados frios, intensos e pouco baroclínicos nos níveis médios e altos da atmosfera. A lenta evolução da situação meteorológica permite a intensificação de um cavado na baixa troposfera, que provoca a gradativa intensificação da instabilidade termodinâmica sobre o leste de Santa Catarina, através da advecção de calor e umidade desde a Amazônia. A frente fria que dispara a precipitação apresenta forte inclinação nos baixos níveis e lento deslocamento. Em geral, a situação meteorológica apresenta poucas variações sazonais e pode ser identificada, em média, com pelo menos 48 h de antecedência.

Abstract This article analyze the main characteristics of cold fronts yielding heavy rains on the coast of the State of Santa Catarina with the further purpose of improving its knowledge and prediction. A synoptic climatology was performed using NCEP CFSR reanalyzes and CPTEC/INPE precipitation data for the1998-2010 period, considering 5% of the wettest cases. Results showed that cold fronts causing heaviest precipitation have a rather uniform temporal distribution along the year, associated with strong, cold and rather barotropic troughs at middle and upper levels. The slow meteorological evolution allows a progressive low-level trough deepening that increase temperature and moist advection from the Amazon to eastern Santa Catarina thus intensifying thermodynamic instability. The cold front that triggers precipitation has strong low-level tilt and slow movement. Atmospheric conditions linked to frontal passages causing heavier precipitation have minor seasonal variability and can be detected at least 48 hours in advance.

Resumo O trabalho apresenta uma classificação sinótica de frentes frias sobre o leste do Estado de Santa Catarina (SC), com o propósito de identificar os principais padrões sinóticos associados com chuvas extremas na região do Vale do Itajaí. A metodologia utilizada foi a técnica de Análise de Componentes Principais aplicada à série de reanálises do Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) (NCEP) para o período 1979-2010. Previamente, realiza-se uma climatologia de frentes frias sobre o leste de SC, cujos resultados mostram uma maior frequência de frentes frias associadas a chuvas extremas no Vale do Itajaí durante a primavera. Os resultados fornecem cinco padrões sinóticos principais que representam 83,4% dos casos de frentes frias com chuvas extremas no Vale do Itajaí. O padrão sinótico mais frequente mostra um intenso fluxo de quadrante sudeste sobre a região de estudo, determinado pela presença de um forte anticiclone pós-frontal observado sobre o sul da Província de Buenos Aires, cuja frente fria associada encontra-se no extremo nordeste catarinense. Por último, há dois padrões sinóticos típicos de verão relacionados com chuvas extremas no Vale do Itajaí; um relacionado com episódios de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e outro associado com a Baixa do Chaco (BCH).

Abstract This paper presents a synoptic classification of cold fronts over the east of Santa Catarina (SC) state, in order to identify the main synoptic patterns associated with extreme rainfall over Itajaí Valley region. To this purpose, the Principal Component Analysis technique was applied to the Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) (NCEP) for the period 1979-2010. Previously, it was carried out a climatology of cold fronts over the east of SC, whose main results show a higher frequency of fronts associated with extreme rainfall over Itajaí Valley during spring. The results provide five main synoptic patterns that are representative of about 83.4% of all the cases of cold fronts with extreme rainfall over the Itajaí Valley region. The most frequent synoptic pattern shows an intense southeast quadrant flow over the studied area, determined by the presence of a strong post-frontal anticyclone observed over southern Buenos Aires state, whose cold front associated is in the extreme northeastern part of the SC state. Finally, there are two summer typical synoptic patterns related to extreme rainfall in the Itajaí Valley region; one related to the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) episodes and another associated with the Chaco Low (CHL).

The simulations with the HadCM3 model were among the first available to analyze future projections. This is reflected in the literature, which mainly describes the variables temperature and precipitation for South America. The aim of this paper is to investigate the changes in the atmospheric circulation over southeastern South America associated to extreme cold events in the most critical future emission scenario A2 for the period 2081-2100, with respect to the climatological reference period 1961-1990. To do that the HadCM3 model is used as well as the NCEP/NCAR reanalysis. Were identified the five most extreme events of daily mean negative temperature in 850 hPa from May to September over three areas: Wet Pampa (area 1), Uruguay and southern Brazil (area 2), eastern Paraguay, northern Argentina and southern Brazil (area 3). The obtained circulation patterns are analyzed in both, the reanalysis and the HadCM3 simulations of the present and future climate. In the present climate, with the exception of the area 3 that borders the tropics, the model simulates a more extended northward incursion of the 0oC isotherm than the reanalysis. It also shows more intense negative temperature anomalies, which have more latitudinal extension. Despite the fact that the configurations of the pressure fields are similar to that of the reanalysis, except for the area 3, a further inland penetration of the continental anticyclone is appreciated, with an intensification of the anomalies over the respective areas. The model also tends to simulate a more intense 850 hPa southerly wind component, capturing the high level deep trough over the continent and displaying a properly configured subtropical jet, which is typical of these extreme events. In the future scenario, the model does not project extreme cold events of below 0oC temperatures for area 3. The model also restricts the incursion of the 0oC isotherm to more southerly latitudes in the other two areas with respect to the simulation of the present climate. These facts are consistent with the mean temperature increase projected by the model for South America.

Las simulaciones del modelo HadCM3 fueron de las primeras disponibles para el análisis de proyecciones futuras, reflejándose en la literatura que describe principalmente variables de temperatura y precipitación para Sudamérica. El objetivo de ese trabajo es investigar los cambios en la circulación atmosférica en el sudeste de Sudamérica asociada a eventos extremos fríos, en el escenario de emisiones futuras más crítico denominado A2, para el periodo 2081-2100 respecto a un periodo climatológico de referencia 1961-1990, considerando el modelo HadCM3 y los datos del reanálisis NCEP/NCAR. A partir de la temperatura media diaria en 850 hPa, se identifican los eventos de temperatura negativa para los meses de mayo a septiembre, componiéndose los cinco eventos más extremos para tres áreas que incluyen la Pampa Húmeda (área 1), Uruguay y sur de Brasil (área 2), la parte oriental de Paraguay, norte de Argentina y sur de Brasil (área 3). Los patrones de circulación son analizados tanto para el reanálisis como para las simulaciones en el clima presente y futuro. Los resultados muestran para el clima presente que el modelo simula la incursión de las isotermas de 0oC más al norte respecto del reanálisis, a excepción del área 3 que limita con los trópicos, con anomalías negativas de temperatura más intensas y más extensas en términos latitudinales. A pesar que las configuraciones de los campos de presión sean similares al reanálisis, se aprecia una mayor penetración del anticiclón continental, a excepción del área 3, con una intensificación de las anomalías en las respectivas áreas. El modelo también tiende a simular una componente de viento del sur más intensa en 850 hPa y captura la profunda vaguada sobre el continente en niveles altos con el jet subtropical bien configurado, típico de estos eventos extremos. En el escenario futuro, el modelo no proyecta eventos extremos de temperatura por debajo de 0oC para el área 3, restringiendo la incursión de la isoterma de 0o C a latitudes más al sur en las otras dos áreas respecto a la simulación en el clima presente, en concordancia con el aumento de temperatura media que el modelo proyecta para Sudamérica.

Este estudo discute a viabilidade de se empregar uma ferramenta objetiva para previsão de tempo severo em ambiente operacional, com o propósito principal de auxiliar a rotina do meteorologista previsor. O método baseia-se na combinação de parâmetros convectivos amplamente conhecidos na literatura, como os índices de instabilidade K, Total Totals e SWEAT. Para ajudar a identificação rápida das áreas com alto potencial para gerar tempestades foram produzidas cartas de visualização, definidas a partir de critérios específicos para convecção severa. Uma alternativa para detectar áreas favoráveis à ocorrência de granizo também foi apresentada, essencialmente para aqueles eventos originados pela ação de mecanismos dinâmicos. Os limiares mostraram-se importantes para caracterização do tipo de precipitação, permitindo através deles estabelecer diferentes padrões convectivos. Os resultados mostraram que a ferramenta proposta pode representar uma alternativa eficiente para a previsão de tempo na América do Sul, permitindo em alguns casos suprir limitações corriqueiras dos modelos numéricos, principalmente no que se refere à variável precipitação.

This study discusses the feasibility of employing an objective forecasting tool in an operational environment, with main purpose of aiding the human forecaster in the task of thunderstorm prediction. The method is based on the combination of widely documented convective parameters, such as K, Total Totals and SWEAT instability indices. Charts were produced to help the identification of areas with high potential to generate storms, defined by specific criteria for severe weather. An alternative for detecting areas favorable to hail occurrence was also presented for identifying those events originated by strong dynamical forcing. The thresholds used were important to characterize the precipitation behavior, allowing them to discriminate different convective modes. The results showed that the objective tool can be an efficient alternative for thunderstorm prediction in South America because it allows the forecaster to overcome some of the limitations found in numerical models, particularly with respect to precipitation forecasting.

Neste trabalho foi feita uma classificação sinótica de sequência de campos de pressão ao nível médio do mar (PNMM) e de altura geopotencial em 500 hPa, associado à ocorrência de precipitação intensa na cidade do Rio de Janeiro - RJ. Para obter os Padrões de Sequência Principal (PSP) da PNMM foi utilizada a metodologia de Análise de Componentes Principais (ACP) rotacionadas. Os resultados mostram três tipos de padrões sinóticos que causaram eventos extremos de chuva na cidade do Rio de Janeiro durante o período de 1997-2010, que representam aproximadamente 56% da variância total dos casos. O padrão dominante mostra a passagem de frentes frias com trajetória predominantemente zonal. Já o segundo padrão está relacionado ao ingresso de frentes frias clássicas, acompanhadas de intensos anticiclones pós-frontais. Por último, observa-se um padrão relacionado ao posicionamento de um anticiclone à leste do Rio Grande do Sul, que gera ventos de quadrante sul no Rio de Janeiro.

In this study we performed a synoptic classification of a sea level pressure (SLP) sequence field and 500 hPa geopotencial heights associated with occurrence of intense precipitation in the city of Rio de Janeiro - RJ. The rotated "Principal Component Analysis" (PCA) was used in order to find the basic patterns of SLP sequence and 500 hPa geopotential heights. The outcomes show three dominant types of synoptic patterns that have caused intense rainfall events in the city of Rio de Janeiro along the period from 1997 to 2010, which explain approximately 56% of the total variance of the cases. The main pattern shows cold front passages of with predominantly zonal trajectory. The second pattern is related to the entry of classical cold fronts, accompanied by intense postfrontal anticyclones. At last, it was observed a pattern related to the positioning of an anticyclone to the East of Rio Grande do Sul State, producing winds from the south quadrant over the city of Rio de Janeiro.

A frequência de sistemas frontais sobre o sul da América do Sul identificada na reanálise do NCEP/NCAR é comparada com as simulações dos modelos GFDL e Hadley e projetadas no clima futuro. As análises para identificar casos de sistemas frontais foram feitas em três regiões que cobrem áreas do Brasil, Uruguai, Paraguai e Argentina. Esta análise foi realizada com o fim de investigar as características de eventos extremos no clima presente e em projeções do clima futuro. Para o clima presente observou-se que os modelos analisados simularam bem as características sinóticas dos sistemas frontais. No entanto, quando se compara a frequência de ocorrência das frentes entre a reanálise e as simulações, observa-se que os modelos GFDL e Hadley superestimam seu número e apenas o GFDL consegue reproduzir a variabilidade mensal. O modelo Hadley superestima ainda mais em relação ao NCEP e GFDL no clima presente. A tendência positiva no número de frentes observada na área 3 (65ºW-60ºW, 33ºS-38ºS) nos resultados da reanálise não é simulada pelos modelos. Quando os casos mais intensos são selecionados, o modelo GFDL é o que superestima mais o número de sistemas frontais. Os dois modelos indicam aumento na frequência de sistemas frontais no futuro nas três áreas, porém em menor proporção na área 3.

The frequency of frontal systems reaching the south of South America is compared with reanalysis NCEP/NCAR and results of GFDL and Hadley models for the future climate. Three regions were analyzed to identify the frontal systems, in areas of Brazil, Uruguay, Paraguay and Argentina. The following criteria were used: increase of sea surface pressure, reduction of the temperature and change of the meridional wind at 850hPa, in two consecutive days. Selected cases with temperature drop above five degrees, considered the most intense, were also analyzed. For the present climate it was observed that the models simulated well the synoptic characteristics of frontal systems. However, when comparing the frequency of frontal occurrence between reanalysis data and models simulations, the GFDL and Hadley models overestimated their numbers. The Hadley model overestimates further more than the NCEP and GFDL in present climate. The positive trend observed in area 3 (65ºW-60ºW, 33ºS-38ºS) from NCEP reanalysis is not simulated by the models. When the most intense systems are selected, the GFDL model shows higher overestimation in number of frontal systems. Both models indicate an increase of frontal systems frequency in future in the three areas, although less in area 3.