ABSTRACT The present study provides a synoptic characterization of South Atlantic Convergence Zone (SACZ) episodes that caused heavy rainfall events (HRE) in the city of Rio de Janeiro (CRJ) between 2006 and 2016. A total of 77 SACZ episodes were identified in the CRJ (SCRJ), which represented 81% of the total SACZ events in Brazil. At least one day of HRE during the SACZ period (SHRE) was found in 37 SCRJ episodes, representing almost half (48%) of the SACZ events in the CRJ. In 68.6% of these cases, the heavy rainfall occurred on the first two days of the SHRE period. The mean synoptic pattern of SHRE showed a cold front in the Atlantic Ocean connected with a low-pressure system located near the coast of Rio de Janeiro state (RJ). The 850 hPa specific humidity showed a dipole pattern with positive anomalies in southeastern Brazil and negative anomalies in southern Brazil since the day before the occurrence of SHRE. An anomalous upper-level ridge in southeastern Brazil was relevant to intensifying the heavy rainfall in the CRJ. The synoptic classification showed four main surface synoptic patterns associated with SHRE. The two most frequent patterns were associated with a cold front close to the coast of RJ, and the other two were related to the presence of an anticyclone with blocking characteristics and to the presence of a weak extratropical cyclone near the coast of RJ.

RESUMEN El presente estudio presenta una caracterización sinóptica de los episodios de la Zona de Convergencia del Atlántico Sur (ZCAS) que causaron eventos de lluvia fuerte (ELF) en la ciudad de Río de Janeiro (CRJ) entre 2006 y 2016. Se identificaron 77 episodios de ZCAS en la CRJ (ZCRJ), que representaron el 81% del total de eventos de ZCAS en Brasil. Se encontró un total de 37 episodios de ZCRJ con al menos un día de ELF durante el período que duró el evento (ZELF), representando casi la mitad (48%) de los eventos de ZCAS en la CRJ. En el 68.6% de estos casos, los ELF ocurrieron en los dos primeros días del evento de ZELF. El patrón sinóptico medio asociado con ZELF mostró un frente frío en el Océano Atlántico conectado con un sistema de baja presión ubicado cerca de la costa del estado de Río de Janeiro (RJ). La humedad específica en 850 hPa mostró un patrón de dipolo con anomalías positivas en el sureste de Brasil y anomalías negativas en el sur de Brasil, desde el día anterior a la ocurrencia del ZELF. La presencia de una cresta anómala en niveles superiores en el sureste de Brasil fue determinante para intensificar las fuertes lluvias en la CRJ. La clasificación sinóptica mostró cuatro patrones de superficie principales asociados con ZELF. Los dos patrones más frecuentes se asociaron con un frente frío cerca de la costa del estado de RJ y los otros dos se relacionaron con la presencia de un anticiclón con características de bloqueo y con la presencia de un ciclón extratropical débil cerca de la costa del estado de RJ, respectivamente.

Resumo Neste trabalho elabora-se uma climatologia de eventos de chuvas intensas (ECIs) no Município do Rio de Janeiro (MRJ) a partir dos dados observados pelo Sistema Alerta Rio no período 1997-2016. Um critério objetivo de identificação de ECIs é avaliado, confrontando-se dados de chuva com informações sobre os transtornos deflagrados por tais eventos sobre a cidade. O critério estabelece que um ECI se caracteriza por um total pluviométrico diário igual ou superior a seu percentil 95, com ocorrência no mesmo dia de pelo menos um registro de chuva em 15 minutos também igual ou superior a seu percentil 95. Ademais a climatologia da precipitação no MRJ é revisitada. Os resultados indicam que 33% do total pluviométrico anual médio no MRJ (1192 mm) ocorre durante 6,6 ECIs. Os máximos (mínimos) de ECIs são observados no Sumaré e Mendanha (na Saúde e Tijuca), numa média 30 dias por ano. Em média os ECIs ocorrem com maior frequência no verão (43,7%), seguido do outono (30,9%), na primavera (18,2%) e inverno (7,2%). Nota-se em geral uma tendência de aumento no número de ECIs durante o período analisado.

Abstract In this work a climatology of Heavy Rainfall Events (HREs) is elaborated for the Municipality of Rio de Janeiro (MRJ), based on Alerta Rio´s rain gauge network for the period 1997-2016. An objective criterion for the identification of HREs is assessed by comparing rainfall data with data disaster caused by such events over the city. The criterion establishes that an HRE is characterized by a daily rainfall equal or above its 95th percentile, occurring on the same day at least one rainfall record in 15 minutes, also equal or above its 95th percentile. In addition, the precipitation climatology in the MRJ is revisited. The results show that 33% of annual mean precipitation in MRJ (1192 mm) falls during 6.6 HREs. The maximum (minimum) of HREs are observed in Sumaré and Mendanha (in Tijuca and Saúde), on average of 30 days per year. In general, HREs occur more frequently in the summer (43.7%), followed by autumn (30.9%), spring (18.2%) and winter (7.2%). In general, there is a tendency for an increase in the number of HREs during the analyzed period.

Resumo No Município do Rio de Janeiro (MRJ), verifica-se em certas situações de deslocamento de Sistemas Frontais (SFs), a ocorrência de chuvas fracas a moderadas, mesmo após a completa passagem do SF pelo Estado. Este fenômeno é conhecido na região como precipitação devido ao “efeito de circulação marítima”, mas não apresenta documentação, ficando restrito ao conhecimento dos previsores locais. O objetivo deste trabalho é elaborar uma climatologia da frequência de ocorrência desse fenômeno no MRJ para o período 2000-2013 e identificar as condições sinóticas associadas. A partir de imagens de satélite e dados de precipitação, as passagens de SFs pelo MRJ foram classificadas em três tipos: Pós-Frontais Sem Chuva (PFSC); Pós-Frontais Com Chuva (PFCC) e Pós-Frontais Excluídos (PFE). Os resultados indicam que mais da metade dos eventos são do tipo PFE (52%), 32% do tipo PFSC e 16% do tipo PFCC. Os casos PFE predominam no verão, os PFSC no inverno e primavera e os PFCC no outono. Os compostos dos casos PFSC e PFCC utilizando a Reanálise ERA-Interim indicam que a precipitação pós-frontal estaria associada à convergência de fortes ventos de sul junto à costa ao penetrar no continente, formando nuvens estratiformes, apesar do SF não estar mais atuando.

Abstract In the City of Rio de Janeiro (CRJ), light to moderate rain can occur even after the total displacement of a Frontal System (FS) over the State. This phenomenon is known as precipitation from “sea circulation effect”, but there is no documentation about this, being restricted to the knowledge of the local servers. This study aims to characterize this phenomenon climatology (2000-2013), and to identify the associated synoptic conditions. From all the FS passages through CRJ, using satellite imagery and observed precipitation, the events were classified into three categories: No-Rain Post Front (NRPF), Rainy Post Front (RPF) and Excluded Post Front (EPF). The results show that more than half of the events are EPF (52%), 32% are NRPF and 16% are RPF. The EPF cases are more frequent in summer, NRPF in winter and spring, and RPF in fall. The composites from NRPF and RPF using ERA-Interim Reanalysis indicate that the post-frontal precipitation is associated with the convergence of strong southerly winds while reaching the continent, leading to the formation of precipitating stratiform clouds, even though the FS is no longer active in the region.

Resumo O objetivo deste estudo é avaliar o desempenho das simulações por conjunto do modelo Eta-5km do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais para um caso de chuva intensa ocorrido na Bacia do Rio Paraíba do Sul em janeiro de 2000, durante um evento de Zona de Convergência do Atlântico Sul. O conjunto de simulações é formado por 5 membros, denominados de acordo com suas parametrizações convectiva (Betts-Miller-Janjic - BMJ ou Kain-Fritsch - KF) e de microfísica (Ferrier ou Zhao): CNTRL (BMJ/Ferrier); KF (KF/Ferrier); KFMX (KF com fluxo de momentum/Ferrier); KFMXP (KF com fluxo de momentum e força do gradiente da perturbação da pressão/Ferrier) e ZHAO (BMJ/Zhao). As simulações são realizadas com horizontes de 24 até 120 h e condições de contorno inicial e lateral provenientes do “Climate Forecast System Reanalysis”. Os resultados indicam que todos os membros são capazes de posicionar a banda de chuva aproximadamente na mesma localização observada. O modelo, apesar de subestimar os valores das maiores pluviometrias diárias, simula uma frequência maior de eventos de chuva forte. Em geral, a média do conjunto apresenta melhor performance do que cada um dos membros isoladamente e as simulações com 48 h de antecedência são superiores às demais.

Abstract The aim of this study is to evaluate the performance of simulations generated by the ensemble of the Eta-5km model from the National Institute for Space Research. The evaluation was performed over the Paraíba do Sul River Basin during an extreme rainfall event, occurred early in January 2000, in a South Atlantic Convergence Zone event. The 5-member ensemble is formed with different convective (Betts-Miller-Jancic - BMJ or Kain-Fritsch - KF) and microphysics (Ferrier or Zhao) parameterizations and are nominated respectively as: CNTRL (Betts-Miller-Janjic/Ferrier); KF (Kain-Fritsch/Ferrier); KFMX (Kain-Fritsch with inclusion of momentum flux/Ferrier); KFMXP (Kain-Fritsch with inclusion of momentum flux and force of the perturbation of pressure gradient/Ferrier) and ZHAO (Betts-Miller-Janjic/Zhao). The simulations are integrated up to 120 h and the initial and boundary conditions were taken from the Climate Forecast System Reanalysis. The results indicate that all members were able to position the rain band in about the same observed location. Although the model underestimates the highest daily precipitation amount, it simulates higher frequency of heavy rainfall events than it really occurs. In general, the ensemble mean simulation presents higher performance than each individual members and the 48-h simulations are better than the other forecast lead times.

Resumo Este trabalho tem por objetivo caracterizar os ciclos diurno e sazonal médios no entorno da Central Nuclear de Angra dos Reis. As condições médias são derivadas de dados horários, do período de janeiro de 2005 a dezembro de 2012. O local conta com quatro torres A, B, C e D. A Torre A mede vento e temperatura do ar a 10, 60 e 100 m e também precipitação, enquanto as demais torres medem somente vento a 15 m de altura. A atmosfera apresenta condições predominantemente estáveis ao longo do dia, com redução a partir das 6 e 7 h, sendo que condições instáveis predominam entre às 8 e 16 h no verão e primavera. Os ventos da região são predominantemente fracos, a maior frequência ocorre nas intensidades entre 1,5 e 2 m/s. O mínimo de intensidade dos ventos a 10 m ocorre no momento da entrada da brisa marítima, às 9 h. Os ventos catabáticos produzem um forte cisalhamento vertical dos ventos na região. Nas demais torres a máxima intensidade ocorre entre 13 e 15 h local. Ventos mais intensos e chuvas mais intensas foram registrados no outono (MAM), o que sugere ser este o período de tempestades mais intensas.

Abstract The objective of this work is to characterize the mean diurnal and seasonal cycles around the Nuclear Power Plant in Angra dos Reis, RJ. The averages were taken for an hourly dataset in the period January 2005 and December 2012, based on four towers. Tower A measures air temperature and wind at three levels: 10, 60, and 100 m. Towers B, C, and D measure only wind at 15 m. The diurnal cycle of static stability show stable conditions prevailing during most of the day. The static stability starts to reduce at about 6 and 7 LT, whereas the most unstable conditions occur between 8 and 16 LT. Winds are predominantly weak, with the most frequent intensity between 1.5 and 2 m/s. The minimum of 10-m winds occur when the sea breeze starts, at about 9 LT. The catabatic winds are a strong feature of the Tower A-10 m winds, and reveals strong vertical shear. The other towers do not show a clear minimum in the diurnal cycle of the wind, but the maximum occurs between 13 and 15 LT. Stronger wind and heavier precipitations were registered in autumn, MAM, which suggests the period of stronger storms.

Uma climatologia preliminar da precipitação no município do Rio de Janeiro é elaborada utilizando-se 10 anos de dados observados na rede de 30 postos pluviométricos da Fundação Geo-Rio. A distribuição espacial do total pluviométrico anual médio mostra que os máximos concentram-se junto aos três maciços existentes na cidade: na Serra da Carioca (2200 mm) na Serra do Mendanha (1400 mm) e na Serra Geral de Guaratiba (1200 mm). Tais valores reduzem-se em direção às planícies, sendo um mínimo de 900 mm observado na Zona Norte da cidade. A estação Sumaré destaca-se por seus elevados índices pluviométricos durante todo o ano, especialmente em setembro quando a precipitação média mensal (297,5 mm) chega a ser cerca de sete vezes maior do que a dos postos localizados na Zona Norte. No Sumaré são observados em média 119 dias de chuva ao ano, enquanto, por exemplo, na Penha ocorre chuva em apenas 86 dias. A análise dos eventos de chuvas intensas indicou que 77% dos 160 casos selecionados, foram provocados por sistemas frontais, que ocorrem durante todo o ano, com menor freqüência no inverno. Eventos associados à Zona de Convergência do Atlântico Sul (13%) e sistemas convectivos de mesoescala (8%) predominam no verão. Chuvas intensas geradas por efeito de circulação marítima ocorreram em apenas 2% dos casos.

A preliminary 10-year precipitation climatology of Rio de Janeiro is elaborated by means of the Geo-Rio Foundation rain gauge network. The spatial distribution of annual precipitation shows that the maxima coincide with the three hills in the city: Carioca (2200 mm), Mendanha (1400 mm) and Geral de Guaratiba (1200 mm). The precipitation values decrease toward the plain, with minimum values in the Northern Zone. The precipitation is greater at the Sumaré gauge than in all the other places throughout the year, especially in September when the monthly mean precipitation (297.5 mm) is seven times greater than the precipitation in other Northern Zone stations. For example, rain occurs 119 days per year at Sumaré; at Penha it occurs only 86 days per year. The anaylsis of the intense events shows that 77% of the 160 selected events were caused by frontal systems, which occur throughout the year, though less frequently in winter. South Atlantic Convergence Zone events (13%) and Mesoscale Convective Systems (8%) occurred predominantly in summer. Rainfall caused by a sea breeze circulation occurred only in 2% of cases.

A turbulência em ar claro (Clear Air Turbulence - CAT), que ocorre freqüentemente próximo à região de corrente de jato, geralmente em altitudes entre 10.000 e 12.000 m, pode provocar sérios riscos para a aviação. Desta forma, previsões acuradas desse fenômeno contribuem na prevenção de acidentes aéreos e desconforto durante o vôo. Indicadores capazes de detectar esse fenômeno, como turbulência Brown (fim), Ellrod (ETI) e o de número de Richardson (Ri) foram calculados a partir das saídas do modelo regional ETA. As previsões de tais indicadores são avaliadas para 2 eventos de 24 de junho de 2003 e de 17 de agosto de 2006, e confrontadas com as informações contidas nas cartas de tempo significativo SIGWX. Os resultados mostram que os três indicadores de turbulência apresentaram boa correlação com as cartas SIGWX. O estudo mostrou a utilidade das previsões do modelo ETA para ajudar a entender o mecanismo da turbulência e para indicar a ocorrência do fenômeno com maior antecedência, por exemplo: 48h ou 72h comparado às 24h de antecedência das cartas SIGWX.

The Clear Air Turbulence (CAT) which is frequently observed near jet stream regions, usually in the layer between 10,000 and 12,000 m, may cause serious damages to aviation, reaching airplanes without warning. Therefore, predictions of this phenomenon can help to prevent physical damages and discomfort for the crew and passengers. Numerical weather prediction models have been used as powerful tools for operational forecasts of this phenomenon, by application of some indices in the determination of the turbulence areas. In this work, the Brown, Ellrod and Richardson number indices, calculated from ETA model outputs, are used to detect turbulence. The verification was accomplished for 2 events on 24 June 2003 and 17 August 2006 and was based on SIGWX charts. The results show that the three indices correlated well with SIGWX charts. This study showed that the use of ETA model forecasts could help to understand the mechanism of turbulence and to increase the forecast lead time to about 48h or 72h, as compared to 24-h forecast SIGWX maps.