Escalas em meteorologia e seu acoplamento espaço-temporal: a duração de um fenômeno está ligada à sua magnitude

Todo fenômeno atmosférico que podemos imaginar, do maior ao menor, possui sua escala espacial característica e duração média. Simultaneamente, uma ampla variedade de fenômenos de várias escalas coexistem na atmosfera, interligados entre si. Prever qualquer um deles em particular só é possível dentro de um horizonte temporal compatível com suas dimensões.

Considere, por exemplo, um sistema de baixa pressão (ciclone extratropical) e uma tempestade comum (local). Enquanto o primeiro abrange uma área de milhares de quilômetros quadrados e geralmente dura vários dias, a segunda tem, no máximo, algumas dezenas de quilômetros quadrados e dura menos de uma hora.

A partir do exposto, deduzimos que a escala espacial está acoplada à escala temporal, de tal forma que cada fenômeno meteorológico apresenta duas escalas características.

A classificação de Orlanski

Com base em princípios físico-meteorológicos, em 1975 o meteorologista Isidoro Orlanski propôs uma classificação de escalas meteorológicas fundamentada nas dimensões espaciais horizontais ou no comprimento de onda característico e na duração média dos sistemas atmosféricos. Essa classificação é amplamente aceita na comunidade meteorológica, embora o meteorologista Tetsuya Fujita (1920-1998) tenha proposto uma classificação ligeiramente diferente em 1981.

Na parte inferior da figura acima, vemos as subdivisões propostas por ambos os meteorologistas. A microescala é a menor das escalas. De acordo com a divisão de Orlanski, esses fenômenos variam em tamanho de alguns centímetros (pequenos vórtices turbulentos) a vários metros (turbulência maior, plumas de fumaça).

Com tamanhos entre dezenas e centenas de metros (como redemoinhos de poeira), temos a micro-β, enquanto a faixa superior da microescala (micro-α) abrange fenômenos meteorológicos com dimensões horizontais de até alguns quilômetros, como pequenas ondas de gravidade, convecção profunda ou tornados.

A escala intermediária é a mesoescala, que engloba fenômenos atmosféricos que variam desde aqueles com alguns quilômetros de diâmetro, como tempestades, até aqueles que se estendem por várias centenas de quilômetros, como uma linha de instabilidade, um ciclone tropical ou um sistema convectivo de mesoescala (SCM).

Como mostrado na figura acima, Orlanski propôs uma divisão da mesoescala em três sub-escalas: 1) meso-γ (entre 2 e 20 km); 2) meso-β (entre 20 e 200 km); e 3) meso-α (entre 200 e 2000 km). Esta última sub-escala se sobrepõe à escala sinótica e abrange fenômenos cujos tamanhos se situam no limite entre as duas.

A escala sinótica abrange sistemas e estruturas atmosféricas com dimensões horizontais típicas que variam de algumas centenas a alguns milhares de quilômetros, e uma duração de dias a semanas.

Sistemas de baixa pressão, sistemas de alta pressão, ciclones tropicais e frentes são exemplos de fenômenos nessa escala, que só é superada pela macroescala ou escala planetária. Nessa escala, encontramos as ondas de Rossby, que se propagam de oeste para leste através de cada um dos dois hemisférios da Terra em latitudes médias.

As escalas de previsão

Como já apontamos, a previsão de um determinado fenômeno meteorológico deve ser consistente com sua escala espacial e temporal. Somente assim podemos compreender o que cada tipo de previsão oferecida pelos diferentes modelos numéricos proporciona; desde a previsão imediata até as previsões de longo prazo e climáticas, nas quais se baseiam as projeções de mudanças climáticas do IPCC em seus relatórios de avaliação.

Fenômenos em microescala estão fora da capacidade preditiva dos modelos, pois seu tamanho diminuto é inferior à resolução espacial dos mesmos. Dentre esses fenômenos, aqueles na sub-escala micro-alfa, como tornados, podem ser previstos por meio do monitoramento de radares e observações de satélite.

A previsão imediata (nowcasting) também é uma ferramenta fundamental para antecipar possíveis enchentes repentinas, o que requer informações hidrológicas em tempo real e um profundo conhecimento do terreno.

Os modelos de mesoescala fornecem previsões tanto de curtíssimo prazo (de 0 a 12 horas) quanto de curto prazo (menos de 72 horas) e, nos últimos anos, têm apresentado melhor desempenho, graças à maior resolução espacial (tamanho da malha) alcançada e às melhorias nas simulações de processos físicos complexos, tudo isso em paralelo com o poder computacional cada vez maior dos supercomputadores.

Subindo na escala, temos previsões de médio prazo (de 3 a 10 dias), fornecidas por modelos globais, previsões sub-sazonais ou de longo prazo (semanais), oferecidas por modelos globais acoplados da atmosfera e do oceano, uma vez que são alimentados por dados como a temperatura da superfície do mar, bem como previsões sazonais, que oferecem tendências de temperatura e umidade com até 3 meses de antecedência, com resoluções de 100 a 200 quilômetros.