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Vigia de ventos e ondas

Grupo do Inpe estuda a formação dos ciclones no Atlântico Sul e mantém um serviço on-line de previsões meteorológicas

De seu laboratório de meteorologia no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos, a 85 quilômetros da costa, o matemático Valdir Innocentini ajuda a salvar navios e evita tragédias litorâneas. Quando descobre que um ciclone está se formando no Atlântico Sul com possibilidade de geração e propagação de ondas gigantes para as regiões costeiras, telefona para emissoras de rádio e televisão e jornais do litoral brasileiro, para que alertem pescadores e navegantes sobre os riscos de sair ao mar. Ao mesmo tempo, alimenta o banco de dados da página de previsão meteorológica marinha que o Inpe mantém na Internet – em www.atlasul.inpe.br – com mapas, gráficos e textos, que incluem a velocidade dos ventos e a altura das ondas. Os dados são atualizados diariamente e disponibilizados em forma de previsões com até três dias de antecedência, em qualquer parte do planeta.

Disponível na Internet desde 15 de fevereiro de 2000, esse serviço meteorológico marítimo em tempo real foi possível graças ao Sistema de Previsão de Ondas que Innocentini e sua equipe desenvolveram no projeto temático A Dinâmica da Ciclogênese sobre o Atlântico Sul, financiado pela FAPESP. A pesquisa teve a parceria do Instituto de Pesquisas Meteorológicas (IPM) da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Bauru e a colaboração do Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM), da Marinha, em Arraial do Cabo (RJ).O trabalho do grupo já ajudou a população do Rio de Janeiro a enfrentar grandes ressacas, como a de 31 de maio e 1º de junho de 1999. Na ocasião, Innocentini avisou a Defesa Civil com dois dias de antecedência sobre a possível intensificação de um ciclone extratropical (formações de ventos originárias do Atlântico Sul ou Norte) perto do litoral carioca, acompanhado de intensa agitação marítima. Recomendou que as pessoas não saíssem para pescar e nem sequer ficassem nos penhascos para admirar as ondas.

“Após os nossos avisos, os barcos pesqueiros não saem ao mar. Porém, naquele episódio de 1999 ocorreu um naufrágio e uma turista de São Paulo foi carregada pelas ondas quando admirava a ressaca na praia”. O alerta às autoridades, à imprensa e na página da Internet, que aponta os locais de risco, só é possível porque o sistema desenvolvido, com a aplicação de vários modelos matemáticos e dados de satélites e bóias, identifica os ciclones tropicais e extratropicais que ocorrem em todo o Oceano Atlântico – dos quais só os extratropicais chegam ao Brasil – e prevê a evolução desses eventos paraas 72 horas seguintes. O ciclone – também chamado de tufão quando surge no Oceano Pacífico, furacão no Caribe e ciclone tropical no Oceano Índico – é bem visível nas imagens de satélite. É impulsionado por ventos convergentes próximos à superfície.

São ventos intensos – acima de 40 metros por segundo (m/s) ou 144 quilômetros por hora (km/h) – e com área de atuação reduzida (cerca de 400 quilômetros de diâmetro). Precisam de águas quentes no oceano para se desenvolver. Em geral, formam-se numa pequena perturbação na pressão atmosférica que se propaga aproximadamente ao longo da latitude de 10 graus, em plena zona tropical, de leste para oeste, e atingem força máxima na região do Caribe. São caracterizados por um olho – o centro do ciclone, livre de nebulosidade – e formam pistas (áreas em que o vento atua com certa uniformidade espacial) numa extensão de 200 quilômetros, com ventos fortes e intensos que atingem o mar do Caribe, o golfo do México e a península da Flórida.

“Os ciclones extratropicais na América do Sul”, esclarece o pesquisador, “não se intensificam sobre o continente, como se pensava inicialmente, e sim no oceano, em torno da latitude de 35 a 45 graus, ao largo dos litorais do Uruguai e da Argentina. Normalmente surgem no Pacífico, atravessam os Andes junto com as frentes frias e quando chegam ao Atlântico se intensificam: formam ventos fortes, que geram pistas de até 5 mil quilômetros de extensão e, conseqüentemente, transferem energia, em forma de movimento, para o mar, criando ondas que se propagam até a costa brasileira, principalmente entre os meses de abril a outubro.”

Embora com efeitos bem menos devastadores do que os tropicais, os ciclones extratropicais, se acompanhados de ventos acima de 15 metros por segundo, equivalentes a 54 km/h, produzem a grande maioria das ondas que chegam às praias.

Ciclones acoplados
Innocentini conta que algumas vezes o ciclone tropical, quando em fase de enfraquecimento, é absorvido por um extratropical, que se intensifica rapidamente. Foi o que aconteceu entre 24 e 26 de outubro de 1999, com o ciclone tropical Irene. Ele se originou na costa da África, atravessou o Atlântico, ultrapassou parte da costa da Flórida, seguiu para o norte e estava perto de Nova York, perdendo força, quando juntou-se a um extratropical que estava ao largo da costa canadense. Depois da junção, formou-se uma região com pistas enormes e velocidade de quase 20 m/s (72 km/h).

As ondas se propagaram em direção sul pelo Atlântico e chegaram com muita energia ao arquipélago de São Pedro e São Paulo – o pequeno conjunto rochoso brasileiro situado 950 quilômetros a nordeste da costa do Rio Grande do Norte, onde a Marinha mantém uma estação científica desde 1998. Dois pesquisadores que estavam na ilha Sudoeste, onde foi instalada a estação, só sobreviveram porque foram para o farol local, único ponto a salvo, mas as ondas destruíram os ninhos das aves e danificaram parte da infra-estrutura da estação e os instrumentos de pesquisa.

O fenômeno é raro: “Só acontece uma ou duas vezes por década”, diz o pesquisador. Ele e sua equipe fizeram um trabalho de reconstituição do episódio com a aplicação de um modelo de geração e propagação de ondas. Com base em equações matemáticas, formuladas para quantificar os processos físicos que influem nas ondas, o modelo combina várias informações, principalmente as relativas aos ventos de superfície, e calcula a evolução da altura das ondas em cada ponto do oceano.

Agitação no mar
Embora faltassem observações sobre as ondas que chegaram ao arquipélago para confirmar o modelo, o trabalho –Vagas no Litoral Norte do Brasil Geradas por Furacões: Caso 24 de Outubro de 1999 – mostra as ondas sendo geradas no extremo norte do Atlântico, cruzando o Equador, propagando-se para o litoral norte brasileiro e atingindo o arquipélago. Pelos resultados do modelo, esse ciclone extratropical gerou ondas com mais de 8 metros de altura em mar aberto próximo da Península Ibérica, do norte da África e dos Açores, que terminaram por chegar ao Brasil. Apesar das previsões do site do Inpe, ainda há naufrágios e outros desastres. Em 14 de dezembro do ano passado, por exemplo, os pesquisadores fizeram um alerta: nos dias 16 e 17 e na semana seguinte haveria intensa agitação marítima nos litorais de Santa Catarina, Paraná e São Paulo.

O resultado é que, naquele final de semana, um veleiro que saíra de Angra dos Reis desapareceu no domingo, 17, e só foi encontrado à noite no litoral sul do Paraná com apenas um dos três tripulantes. Segundo relato do sobrevivente, o veleiro foi tombado duas vezes por ondas muito altas, que lançaram ao mar os outros tripulantes, considerados navegadores experientes.No mesmo final de semana, em Ilhabela, um barco naufragou na Ponta dos Castelhanos com 13 pessoas, das quais 12 foram salvas. E, no Rio de Janeiro, 21 pessoas ficavam isoladas em três ilhas: o resgate foi feito por helicóptero, pois o mar estava agitado demais.

Matemático formado pela USP, onde fez mestrado em Meteorologia, Innocentini doutorou-se na universidade inglesa de Reading em 1986. Em 1989, começou a trabalhar no Inpe e, ao visitar o instituto de pesquisas da Marinha em Arraial do Cabo, técnicos dali falaram da necessidade de se fazer a previsão de ondas no país. Era preciso superar um grande atraso, atestado nesta frase na página do Inpe na Internet: “Embora a previsão da agitação marítima gerada pelo vento através de técnicas objetivas tenha se iniciado no final dos anos 50, o interesse de pesquisadores brasileiros por este assunto parece ter sido despertado apenas no final dos anos 80”.

A previsão era importante para o litoral fluminense, freqüentemente atingido por fortes e inesperadas ressacas. É comum que as pessoas saiam de barco para pescar em algumas ilhas e, quando chega a ressaca, com ondas e ventos muito fortes, não consigam voltar. Por isso, mesmo barcos grandes de 30 a 50 pés (10 a 15 metros de comprimento) naufragam, há mortes e a Marinha é obrigada a fazer resgates com helicóptero.Além dos naufrágios, Innocentini constatou que, quando as ondas estão muito altas, operações rotineiras nos portos e nas plataformas de petróleo tornam-se difíceis e há alto risco de acidentes.

Modelo avançado
Os problemas provocados por ciclones extratropicais acontecem principalmente entre o Rio Grande do Sul e o Espírito Santo, mas, até o trabalho da equipe do Inpe, o máximo que se fazia era estudar as marés. “Os pesquisadores do Instituto Ocenográfico da Universidade de São Paulo (USP) coletam dados em Ilha Comprida para os estudos das variações de altura do mar e na Escola Politécnica da USP, na capital, os engenheiros fazem projetos que demostram os efeitos das ondas em diversas localidades dacosta brasileira. Mas ninguém trabalha com previsão de ondas geradas pela ação do vento, na faixa de período de 1 a 30 segundos, que é a variação de tempo possível entre a passagem de duas ondas”, diz Innocentini.Por isso, entre 1992 e 1994, ele trabalhou num projeto de pesquisa precursor do atual e também financiado pela FAPESP. Nele, desenvolveu um modelo numérico de ondas baseado em trabalhos publicados em revistas internacionais, para prever a agitação marítima provocada pelos ventos. Contudo, teve dificuldades para aferir se o modelo funcionava bem e se as previsões eram confiáveis, porque nãohavia dados sobre os fenômenos da costa brasileira.

Mais tarde, o oceanógrafo italiano Luigi Cavaleri, pesquisador do Istituto Studio Dinamica Grandi Massa, de Veneza, Itália, forneceu dados coletados no mar Mediterrâneo referentes a um mês de medidas de ventos e ondas. A partir daí, Innocentini e o pesquisador Ernesto dos Santos Caetano Neto, do IPM da Unesp de Bauru, criaram o modelo de previsão de ondas para o Mediterrâneo. Em 1997, Innocentini começou a coordenar o atual projeto temático e, com os recursos obtidos, pôde contar com uma equipe de cinco pesquisadores, além de estações de trabalho (computadores potentes) de última geração conectadas à Internet. Isso permitiu desenvolver um modelo numérico mais avançado, inicialmente baseado nas informações de dois órgãos norte-americanos – National Centers for Environmental Prediction (NCEP) e National Oceanic and Atmospheric Administration (Noaa). Isso foi necessário porque, para fazer uma boa previsão em qualquer parte da costa brasileira, era preciso ter dados de todo o Oceano Atlântico, desde o Canadá e a Grã-Bretanha até as Ilhas Malvinas, pois as ondas que chegam à costa do Brasil são geradas acima da latitude de 40 graus, no Atlântico Norte, e abaixo de 40 graus no Atlântico Sul, em pontos próximos aos pólos.

A equipe concluiu, em 1998, um sistema próprio de previsão de ondas para o Atlântico: o Modelo Atmosférico de Área Limitada (Maal), que abrange a costa brasileira. Nele, trabalham com equações dos movimentos atmosféricos, usam dados – pressão atmosférica, umidade relativa, etc. – de várias fontes e prevêem todos os parâmetros meteorológicos, incluindo os ventos que ocorrem 10 metros acima da superfície. Com os ventos previstos pelo modelo atmosférico é possível saber os locais de geração, propagação, refração e dissipação das ondas por todo o Atlântico.

Atualmente os pesquisadores já fornecem informações sobre ventos e ondas que ocorrem diariamente no Atlântico e fazem previsões com até 72 horas de antecedência para toda a costa brasileira, especificamente para o litoral norte de São Paulo. As informações são divulgadas pela TV Vanguarda, do Vale do Paraíba, e pelo site do Inpe. No futuro, Innocentini e equipe pretendem implementar um modelo de ondas mais adequado para o mar raso (com menos de 50 metros de profundidade), que deverá gerar informações ainda mais detalhadas de propagação nas regiões costeiras – primeiro do litoral norte paulista e depois de toda a costa brasileira. Um trabalho que deverá contribuir ainda mais para evitar acidentes e abrirá novos campos de utilização – como facilitar a atracação de navios e até ajudar surfistas a escolher a praia.

Modelo de ondas é repassado ao Peru

A Marinha de Guerra do Peru conta desde o ano passado com um modelo de previsão de ondas para todo o Pacífico, implantado por Valdir Innocentini e baseado na tecnologia desenvolvida pelos técnicos no Inpe. O objetivo é saber em detalhes como acontecem os ciclones no Pacífico e ter um modelo de previsão de ondas para as pequenas bacias, diz Fernando Vegas Castañeda, tenente da Divisão de Hidrografia e Navegação da marinha peruana. Ele chefia uma missão de quatro pessoas que chegou ao Brasil em 3 de janeiro último para um estágio de seis meses no Inpe e na USP.

Os peruanos receberam nossa tecnologia e conseguiram ficar à frente do Brasil, comenta Innocentini. É que o modelo de previsão de ondas deles foi inserido no projeto Naylamp (El Niño Anual Y las Amostras Médias del Pacífico) – proposto para estudar o efeito do fenômeno El Niño na costa peruana com financiamento de US$ 5 milhões do Banco Mundial. Essa verba permitiu comprar seis bóias bem equipadas (duas são de reposição) por U$ 250 mil cada uma e equipamentos de informática para implementar os modelos numéricos de previsão de ondas.

As quatro bóias em atividade contam com sensores que medem as ondas detalhadamente, além de diversos parâmetros meteorológicos e oceanográficos. Os pesquisadores peruanos pretendem, com essas informações, estudar e desenvolver métodos para as previsões do fenômeno El Niño, que altera periodicamente a situação meteorológica normal no Oceano Pacífico e provoca desastres como inundações e naufrágios na costa peruana.

Vasco da Gama quase descobriu o Brasil

Depois de estudar o diário de bordo da expedição de Vasco da Gama que descobriu o caminho marítimo para as Índias, a equipe do Inpe conseguiu, com seu modelo matemático, reconstruir as condições meteorológicas da viagem ao longo da costa oeste africana – especialmente as tempestades enfrentadas na transposição do Cabo da Boa Esperança (até então chamado Cabo das Tormentas), tanto na ida como na volta.

O diário de bordo do navegador português, em parte publicado em 1998 na biografia Vasco da Gama feita pela francesa Geneviève Bouchon, tem uma lacuna proposital entre 22 de agosto e 27 de outubro de 1497, dias consumidos na chamada Volta ao Largo: os navios se afastaram da África e se aproximaram muito da então oficialmente desconhecida costa brasileira. Era segredo militar – os espanhóis e outros não podiam conhecer esse caminho.

No trabalho Possíveis Dificuldades que Acompanharam a Viagem de Vasco da Gama à Índia, a equipe do Inpe explica que “a descoberta do caminho das Índias pelos navegantes portugueses no século 15 foi o resultado de várias expedições mal sucedidas no Oceano Atlântico”. Daí surgiu a estratégica Volta ao Largo, manobra em que a frota guinava para sudoeste depois das ilhas de Cabo Verde: “Embora essa viagem fosse mais longa, era mais rápida, pois as velas inflavam com os ventos do setor oeste do anticiclone subtropical que as empurravam ao extremo sul do continente africano”. Além disso, evitavam-se as calmarias próximas do golfo da Guiné, bem como os ventos do flanco direito do anticiclone subtropical que se opõem à navegação rumo ao sul.

A rota traçada por Vasco da Gama utilizou a Volta ao Largo pela primeira vez na história da navegação a vela no Atlântico Sul. Ao rumar para sudoeste, os navios se aproveitaram da corrente do Brasil e dos ventos do flanco esquerdo do anticiclone subtropical do Atlântico, “evitando numerosas dificuldades que encontrariam no percurso ao largo da costa africana.” Restava um grande obstáculo, confirmado pela equipe: “A maior barreira para as expedições era o Cabo da Boa Esperança, onde ciclones extratropicais são bastante intensos e geram extensas regiões com ventos fortes e ondas gigantes em mar aberto”. O trabalho relata um caso recente com ondas acima de 5 metros geradas por um ciclone no Atlântico Sul que se deslocou para o Cabo da Boa Esperança.

“A expedição de Vasco da Gama foi surpreendida no Cabo da Boa Esperança em novembro de 1497 por uma grande tempestade na viagem de ida às Índias e quase toda a expedição naufragou nessa região na volta, em março de 1499, provavelmente devido a intensos ciclones migratórios de oeste.” Na verdade, os navegadores já sabiam dos perigos e planejaram entrar na região depois de outubro, para evitar o pior.

Os pesquisadores do Inpe sentiram as dificuldades dos navegantes portugueses ao analisar o que acontece rotineiramente no Cabo da Boa Esperança e ao estudar um evento específico entre 11 e 14 de junho de 1999, quando dois ciclones geraram ventos e ondas no local. Um deles estava acompanhado de ventos de superfície com velocidade que ultrapassava 20 metros por segundo (72 km/h), suficientes para produzir ondas com altura acima de 5 metros em uma extensa região. Além da experiência e da bravura dos navegantes, foram as velas latinas idealizadas pelos sábios da Escola de Sagres que ajudaram os aventureiros a atravessar o mar, diz Innocentini. “As velas latinas eram panos triangulares, capazes de impulsionar os navios em direção perpendicular ao vento. Dessa forma os navegantes tinham condições de vencer os alísios de nordeste que impediam o retorno a Portugal.”

Ele lembra ainda que os astrônomos e matemáticos da Escola de Sagres desenvolveram tabelas com a declinação dos astros, bem como eficientes instrumentos de navegação, como o astrolábio e a balestilha, usados para medir a posição dos astros e determinar a posição da embarcação. E conclui: “Todo esse desenvolvimento ocorreu devido à necessidade de novas técnicas, pois as então conhecidas foram desenvolvidas para navegar no Mediterrâneo e eram inadequadas para o Atlântico” – o Mar Tenebroso, como era chamado na época.

O projeto
A Dinâmica da Ciclogênese sobre o Atlântico Sul (95/04573-5); Modalidade: Projeto temático; Coordenador: Valdir Innocentini – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe); Investimento: R$ 39.230,05 e US$ 265.933,34

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