Escalas em meteorologia e o seu acoplamento espaciotemporal: a duração de um fenómeno está ligada à sua magnitude
A atmosfera contém fenómenos em todas as escalas. Cada um destes fenómenos possui uma escala característica, tanto espacial quanto temporal. Estas duas escalas estão interligadas e são integradas em modelos preditivos.
Todos os fenómenos atmosféricos que podemos imaginar, do maior ao menor, possuem a sua escala espacial característica e duração média. Simultaneamente, uma ampla variedade de fenómenos 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 as 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 quilómetros quadrados e geralmente dura vários dias, a segunda tem, no máximo, algumas dezenas de quilómetros 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 fenómeno 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. Esta classificação é amplamente aceite 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, estes fenómenos variam em tamanho de alguns centímetros (pequenos vórtices turbulentos) a vários metros (turbulência maior, plumas de fumo).
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 fenómenos meteorológicos com dimensões horizontais de até alguns quilómetros, como pequenas ondas de gravidade, convecção profunda ou tornados.
A escala intermediária é a mesoescala, que engloba fenómenos atmosféricos que variam desde aqueles com alguns quilómetros de diâmetro, como tempestades, até aqueles que se estendem por várias centenas de quilómetros, 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 fenómenos cujos tamanhos se situam no limite entre as duas.
A escala sinóptica abrange sistemas e estruturas atmosféricas com dimensões horizontais típicas que variam de algumas centenas a alguns milhares de quilómetros, e uma duração de dias a semanas.
Sistemas de baixa pressão, sistemas de alta pressão, ciclones tropicais e frentes são exemplos de fenómenos 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 fenómeno meteorológico deve ser consistente com a 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 às previsões de longo prazo e climáticas, nas quais se baseiam as projeções de mudanças climáticas do IPCC nos seus relatórios de avaliação.
Fenómenos em microescala estão fora da capacidade preditiva dos modelos, pois o seu tamanho diminuto é inferior à resolução espacial dos mesmos. Entre estes fenómenos, aqueles na sub-escala micro-alfa, como os tornados, podem ser previstos através da monitorização de radares e observações de satélite.
A previsão imediata (nowcasting) também é uma ferramenta fundamental para antecipar possíveis inundações 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 isto 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 humidade com até 3 meses de antecedência, com resoluções de 100 a 200 quilómetros.