Aplicações de GNSS meteorologia: estudos de caso de eventos extremos de precipitação no Rio de Janeiro e Belém

Eventos extremos de chuva, concomitantemente desencadeados com inundações, deslizamentos de terra e alagamentos, estão temporalmente relacionados às variações do atraso zenital total (ZTD) e do vapor d’água integrado (IWV) do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) meteorologia. A relação entre a variação de ZTD/IWV e a precipitação foi investigada neste trabalho, utilizando médias, séries temporais e estudos de caso de eventos extremos no Rio de Janeiro entre 2015 e 2018, e em Belém entre 2010 e 2022. Os dados de GNSS são oriundos do International GNSS Monitoring and Assessment System (iGMAS) e da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC), e os dados de precipitação do Sistema Alerta Rio da Prefeitura do Rio de Janeiro (Alerta Rio), do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e do Instituto Tecnológico Vale (ITV). Na composição das séries temporais de ZTD/IWV e precipitação no Rio de Janeiro, foram identificadas configurações de rampas quase lineares seguidas de rampas não lineares, com as maiores taxas de variação e picos de ZTD/IWV ocorrendo, respectivamente, de 1–2 horas e 0,5 hora antes dos máximos de precipitação predominantemente entre 18:00 e 00:00 hora local (HL). Estudos de caso de eventos extremos de precipitação durante a estação chuvosa revelaram configurações nas curvas de ZTD/IWV na forma de: (i) ondulações nomeadas ‘semissenóides assimétricas’ com duração de 3–5 horas, formadas pelo rápido crescimento vespertino em rampas não lineares, com uma taxa de variação média no ponto de inflexão de +11 (1,4) mm [15min]–1; (ii) saltos (jumps) com taxa de variação média de +17,3 (+2,66) mm [15min]–1 e máxima de +21,3 (+3,33) mm [15min]–1; (iii) rampas alongadas e ondulações denominadas ‘protuberâncias’ (bumps) sequenciais escalonadas nas rampas ascendentes com duração de 1–2 horas; e (iv) ‘protuberâncias’ ou rampas ascendentes em valores de ZTD/IWV já elevados devido à atuação de sistemas meteorológicos como a Zona de Convergência de Umidade (ZCOU) ou a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Foram identificados eventos com grandes volumes de chuvas resultando na elevação dos níveis dos rios, igarapés e canais, causando alagamentos em vários locais de Belém. Três eventos ocorreram durante a estação menos chuvosa com precipitação na categoria muito-forte provenientes de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCMs), e outros quatro eventos durante a estação chuvosa sob a influência principal da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). As curvas de ZTD apresentaram variações não lineares antes e depois dos eventos de chuvas significativas, com rampas ascendentes quase lineares e picos seguidos por rampas descendentes. Quando se aproximavam dos eventos, as curvas tinham uma configuração de ‘saltos’ de ZTD, com súbito crescimento precedendo chuva intensa ou ocorrendo em múltiplos saltos durante os eventos de chuva intensa por várias horas. Porém, algumas curvas de ZTD/IWV apresentaram as configurações de semissenóides, protuberâncias ou saltos sem resultar em precipitação, evidenciando a existência de falsos alarmes. Por isso, recomendou-se a instalação de estações meteorológicas junto das estações de GNSS, para medir pelo menos a precipitação, pressão, temperatura e umidade relativa com resolução de 5 minutos, que é essencial para o monitoramento de eventos extremos de precipitação. Recomenda-se expandir as análises para períodos mais longos, identificar configurações significativas nas séries temporais de ZTD e IWV, definir limiares críticos e utilizar técnicas avançadas e mais complexas, como redes neurais, análise de ondeletas para as séries temporais de ZTD/IWV ou tomografia troposférica. Essas abordagens são essenciais para melhorar a previsão de eventos de precipitação severa, prevenir e mitigar os impactos de fenômenos meteorológicos adversos, garantir a segurança e fornecer infraestrutura adequada nas áreas afetadas.