CAPE (Convective available potential energy) e LI (Lifted Index)

mr. phillip

Cumulonimbus
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Meus caros, gostaria que me esclarecessem o seguinte, ou que me reencaminhassem para o local correcto, caso já exista esse tópico...
Como amante da metereologia, mas apenas a um nível (muito) amador, gostaria que me explicassem o que significam os termos CAPE e LI que tanto oiço falar relativamente às trovoadas...
Afinal o saber nunca ocupa lugar...
 

Vince

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Meus caros, gostaria que me esclarecessem o seguinte, ou que me reencaminhassem para o local correcto, caso já exista esse tópico...
Como amante da metereologia, mas apenas a um nível (muito) amador, gostaria que me explicassem o que significam os termos CAPE e LI que tanto oiço falar relativamente às trovoadas...
Afinal o saber nunca ocupa lugar...

CAPE Convective available potential energy



LI = Lifted index





Interpretação destes e de outros índices ou parâmetros (CAPE, LI, TT, Delta-T, K ,Showalter, DCI, SWEAT, CIN, SRH, etc,etc)

Convective Parameters and Indices
http://www.crh.noaa.gov/lmk/soo/docu/indices.php

Guide to Using Convective Weather Maps
http://lightningwizard.estofex.org/ConvectiveWeatherMaps.pdf

Forecasting severe thunderstorms
http://www.estofex.org/guide/

Severe convective storms, theory
http://www.estofex.org/files/severeconvstorms.ppt

NOAA's Warning Decision Training Branch
http://www.wdtb.noaa.gov/courses/dloc/outline.html

(em português)
ÍNDICES DE INSTABILIDADE PARA PREVISÃO DE
CHUVA E TEMPESTADES SEVERAS
http://www.redemet.aer.mil.br/Artigos/indice_sweat.pdf

(em castelhano)
MANUAL DEL BUEN KAZATORMENTAS
http://tiemposevero.es/ver-reportaje.php?id=96

Uso de Modelos Numéricos para la predicción operativa de Conveccion Severa
http://www.ame-web.org/JORNADAS/elizaga.pdf
 

Mr. Neves

Cumulonimbus
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Mas afinal o CAPE é a quantidade de energia libertada para atmosfera, mas sobre a forma de quê? Essa energia permite as partículas de gelo ficarem mais ativas de modo a criarem mais trovoadas?
 

Vince

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Mas afinal o CAPE é a quantidade de energia libertada para atmosfera, mas sobre a forma de quê? Essa energia permite as partículas de gelo ficarem mais ativas de modo a criarem mais trovoadas?

Não, o CAPE não tem nada a ver com a energia eléctrica das descargas. CAPE é energia potencial, energia “armazenada” numa parcela de ar, imagina uma bolha (daí vir expressa em Joules por Kg de massa), que pode ou não converter-se em movimento, energia cinética. Simplificando para se entender melhor, imagina que tens um balão de ar quente e o soltas. Para ele subir tem que existir energia envolvida no processo pois ele não sobe de forma mágica.
O CAPE tem portanto a ver com flutuabilidade positiva, movimento ascendente, do ar. Pelo CAPE pode calcular-se (vmax = (2*CAPE)^0,5) a velocidade vertical máxima da corrente ascendente. Por exemplo 1500J/kg dá uma velocidade de 55m/s (~200km/h). Mas a "teoria da parcela/bolha" não é perfeita, diversos factores podem reduzir essa estimativa da velocidade a metade ou menos.
Concluindo, quanto mais alto o CAPE, maior a velocidade do ar a subir, o que geralmente significa maior intensidade duma trovoada. Mas volto a frisar, que falamos de energia potencial, ou seja, a mesma está condicionada, latente, e precisa de ser libertada ou disparada por algum factor. Pode haver muito CAPE disponível e por variados factores não ocorrerem trovoadas.

Deixo um excerto duma tradução e adaptação que temos estado a preparar para o fórum, a publicar brevemente.

....

Os três ingredientes básicos para convecção profunda são instabilidade, forçamento e cisalhamento (shear) vertical do vento.
Em muitas situações sem uma boa fonte de forçamento (por ex. uma frente, cavado, convergência vento na superfície, divergência em altura, forçamento orográfico, etc) que sirva de mecanismo de disparo, a parcela de ar com instabilidade condicionada terá dificuldade em ascender para além da CLA (camada limite atmosférica ou planetária) e gerar uma tempestade persistente.
E sem cisalhamento vertical (mudança na direcção e/ou velocidade do vento na vertical da atmosfera) a tempestade terá dificuldade em manter-se mais do que 45 minutos e acabará por morrer em vez de se organizar num cluster de trovoadas ou SCM (sistema convectivo de mesoescala); ou mesmo desenvolver uma corrente ascendente com rotação; situações meteorológicas adversas capazes de gerar tempo severo.

....

CAPE é a energia potencial que uma parcela de ar tem quando é elevada até ao nível de convecção livre (NCL) e se torna mais quente que o ar circundante, experimentando flutuabilidade ascendente. A energia potencial pode converter-se em energia cinética reflectida num movimento ascendente. Em teoria a partir do CAPE pode calcular-se (vmax = (2*CAPE)^0,5) a velocidade vertical máxima (da corrente ascendente) mas a "teoria da parcela" não é perfeita. Arrasto gerado por precipitação intensa, entre outros factores, podem reduzir essa estimativa da velocidade a metade ou menos. Contudo, elevados valores de CAPE habitualmente implicam tempestades mais fortes com maior probabilidade de saraiva de maiores dimensões e outro tipo de tempo severo. Dito isto, refira-se que o CAPE sendo muito importante tem contudo menos importância que o cisalhamento (shear) vertical do vento num cenário favorável à formação de tornados.

Factores que contribuem para a presença de CAPE são um forte gradiente vertical de temperatura desde os níveis baixos aos níveis médios, e uma camada limite quente e húmida. Quanto mais frios estão os níveis médios comparados com a parcela e quanto mais alto a parcela experimenta flutuabilidade ascendente (nível de equilíbrio alto), maior é o CAPE. Contudo, refira-se que uma camada quente e seca nos níveis baixos pode funcionar como tampão (cap, camada de inversão 1) que bloqueia a ascensão de parcelas da camada limite ao nível de convecção livre, prevenindo a formação de tempestades.

...

Finalmente tenha em conta que o valor do CAPE é muito sensível a pequenas diferenças na humidade e perfil de temperatura, tal como o cálculo e a parcela modelada. Pelo que é um pouco irrelevante falar por exemplo de 855 J/Kg ou 900J/k. Se um mapa indica 1000J/kg, uma sondagem pode depois facilmente mostrar valores tanto de 500 ou 1500J/kg, uma margem de erro que pode ser significativa em relação ao modelado.

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1 Cap (tampão, tampa), ou camada de inversão - Estrato ou camada de ar relativamente quente, localizado normalmente a algumas centenas ou milhares de metros de altitude, que inibe ou atrasa o desenvolvimento de tempestades. As parcelas de ar que ascendem no interior desta camada tornam-se mais frias que o ar circundante, inibindo a sua capacidade de continuar a subir Portanto, o tampão previne ou atrasa o desenvolvimento da tempestade, mesmo na presença de instabilidade extrema. Contudo, se esse tampão desaparece ou enfraquece, podem formar-se tempestades de forma explosiva.

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Mr. Neves

Cumulonimbus
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Não, o CAPE não tem nada a ver com a energia eléctrica das descargas. CAPE é energia potencial, energia “armazenada” numa parcela de ar, imagina uma bolha (daí vir expressa em Joules por Kg de massa), que pode ou não converter-se em movimento, energia cinética. Simplificando para se entender melhor, imagina que tens um balão de ar quente e o soltas. Para ele subir tem que existir energia envolvida no processo pois ele não sobe de forma mágica.
O CAPE tem portanto a ver com flutuabilidade positiva, movimento ascendente, do ar. Pelo CAPE pode calcular-se (vmax = (2*CAPE)^0,5) a velocidade vertical máxima da corrente ascendente. Por exemplo 1500J/kg dá uma velocidade de 55m/s (~200km/h). Mas a "teoria da parcela/bolha" não é perfeita, diversos factores podem reduzir essa estimativa da velocidade a metade ou menos.
Concluindo, quanto mais alto o CAPE, maior a velocidade do ar a subir, o que geralmente significa maior intensidade duma trovoada. Mas volto a frisar, que falamos de energia potencial, ou seja, a mesma está condicionada, latente, e precisa de ser libertada ou disparada por algum factor. Pode haver muito CAPE disponível e por variados factores não ocorrerem trovoadas.

Deixo um excerto duma tradução e adaptação que temos estado a preparar para o fórum, a publicar brevemente.


Bom desde já lhe agradeço a disponibilidade para me responder à questão.:)

Mas entretanto queria entender melhor qual é a relação entre o CAPE e a humidade e gostava também de perceber melhor o que é o Lifted Index, sei que há muita informação na net só que está em inglês e é complicado de entender mesmo traduzido:(. Agradeço a atenção:)
 

Vince

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Em relação aos conteúdos em inglês, experimenta forçar o google (em ferramentas) a pesquisar apenas em língua portuguesa e verás que ainda se encontra alguma coisa, pelo menos a nível básico, sobretudo conteúdos oriundos do Brasil.

Sobre o LI, é outro índice de instabilidade mais simples e ainda mais limitado que o CAPE, basta comparar as duas fórmulas.

LoCrI0s.png


O LI é simplesmente a diferença de temperatura dum parcela de ar elevada aos 500hPa e a temperatura ambiente em redor da parcela aos 500hPa.
Muito fácil de entender para quem saiba interpretar um tefigrama/Skew-T (fica para outra oportunidade)

gugDz5U.png


Dá-nos portanto uma ideia da instabilidade. No caso do LI, valores negativos significam flutuabilidade positiva, instáveis, valores positivos de LI são estáveis.
É mais limitado que o CAPE pois é um cálculo num nível fixo, podendo ocultar algum potencial instável noutras camadas. Não se deve usar durante a temporada fria.

Uma tabela de interpretação que se costuma usar é esta:

LI 6 ou superior, condições muito estáveis
LI Entre 1 e 6: Estável, Trovoadas Improváveis
LI entre 0 e -2: Ligeiramente instável, Trovoadas Possíveis (com mecanismo de elevação)
LI entre -2 e -6: Instáveis, provavelmente algumas trovoadas severas (com mecanismo de elevação)
LI Menos de -6: Muito instável, prováveis tempestades severas (com mecanismo de elevação)


Tal como o CAPE, o LI também nada nos diz sobre o restante que é necessário para ocorrer uma trovoada.
 

Mr. Neves

Cumulonimbus
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Boa tarde. Não querendo causar grande moléstia, alguém me pode explicar melhor o que é o SBCAPE (SBLI), MUCAPE (MULI) e MLCAPE (MLLI)? Em que é que estas grandezas diferem do CAPE e LI?

Vejo estes termos serem utilizados frequentemente em previsões do Stormy, contudo não sei em que medida é que ele as utiliza...

Obrigado pela atenção:thumbsup:.
 
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Orion

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5 Jul 2011
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Não querendo causar grande moléstia, alguém me pode explicar melhor o que é o SBCAPE (SBLI), MUCAPE (MULI) e MLCAPE (MLLI)?


Está longe de ser uma resposta completa mas são 3 subcategorias do CAPE:

(...) the computation of convective available potential energy (CAPE), one may chose to lift the surface parcel (SBCAPE), the most unstable parcel in the lower atmosphere (MUCAPE), or a mixed parcel of some predetermined depth (MLCAPE).

http://www.weather.gov/media/unr/soo/scm/BKZ02.pdf

Quanto à diferença entre o Cape e o LI. Usando a publicação anterior do Vince:

Não, o CAPE não tem nada a ver com a energia eléctrica das descargas. CAPE é energia potencial, energia “armazenada” numa parcela de ar, imagina uma bolha (daí vir expressa em Joules por Kg de massa), que pode ou não converter-se em movimento, energia cinética. Simplificando para se entender melhor, imagina que tens um balão de ar quente e o soltas. Para ele subir tem que existir energia envolvida no processo pois ele não sobe de forma mágica.

Para o LI também faço uma comparação. Imagina que tens um bolo. Este bolo está à temperatura ambiente e é amarrado a um balão. Há medida que o bolo sobe, arrefece. Ora, quando chegar aos 500 hPa (+-6 km de altitude; tipicamente utilizada no cálculo do LI) o bolo terá uma temperatura. Quanto mais quente o bolo chegar à camada dos 500 hPa (que tipicamente é fria) menor será o LI e mais condições haverão para convecção/instabilidade. Por outras palavras, quanto maior for a diferença entre a temperatura da camada dos 500 hPa (2) e a temperatura do ar vindo das camadas baixas da atmosfera ao chegar a 500 hPA (3) menor será o valor do LI (1) (que equivale a maior instabilidade). O ar vindo da superfície terá que ser sempre mais quente que a camada de ar a 500 hPA para continuar a subir.

A fórmula do LI é esta (com legenda):

LI formula (1) = Temperature of Environment at 500 mb (2) - Parcel temperature at 500 mb (3)

Quanto à relação entre o CAPE e LI recentemente, já não me lembro quando, o LI esteve nos Açores por volta dos -4 mas o CAPE era reduzido. Ou seja, se o ar subisse até aos 500 hPA ele chegaria mais quente. Contudo, a massa de ar não tinha energia suficiente (CAPE). Mesmo que houvesse um outro fator que auxiliasse na conveção, o baixo CAPE impediria o desenvolvimento de células significativas (daí a comparação do Vince relativamente ao balão). Tirei as dúvidas? Isto é uma resposta simplificada.

Nota: mb = hPA
 
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