MO Cap. V — Sistemas Frontais (frentes fria, quente, oclusa e estacionária)

1. Sistemas frontais — o que muda o tempo nas médias e altas latitudes

Em alto-mar e na navegação costeira, o navegante observa que, em certas ocasiões, o escoamento do ar varia de forma acentuada, alterando muito as condições do tempo e o estado do mar. Nas latitudes médias e altas, a explicação para essas variações está, quase sempre, no deslocamento de massas de ar. Este capítulo trata desse fenômeno: as massas de ar, as superfícies frontais e as quatro frentes — fria, quente, oclusa e estacionária — com foco na trajetória, aproximação e passagem de frentes frias, que são as que mais afetam a costa do Brasil.

Fonte: LOBO, Paulo Roberto Valgas. Meteorologia e Oceanografia — Usuário Navegante. Vol. I. 4. ed. rev. atual. ampl. Petrópolis: Vozes, 2019. Cap. V — Sistemas Frontais (massas de ar; superfícies frontais; frentes fria, quente, oclusa e estacionária; ciclones extratropicais; trajetórias).

Edital: Anexo 2-A, Área V (Meteorologia e Oceanografia), itens 15 (Sistemas atmosféricos — frentes / ciclones extratropicais) e 20 (Sistemas frontais e massas de ar). Relacionados: itens 17 (Ventos — ronda na passagem das frentes), 19 (Massas de ar), 23 (Ondas / estado do mar gerado pelas frentes frias) e 27 (Segurança da navegação — navegação costeira antes/depois da frente fria) · Anexo 2-B, Área V, item 3 (Lobo/Soares — escopo definido pelo 2-A).

O fio condutor é a circulação ciclônica dentro de um cavado. Dele partem todas as frentes de um sistema frontal. Como a circulação do ar tem sentidos contrários no HN e no HS, os desenhos dos sistemas frontais nos dois hemisférios aparecem invertidos — e o navegante precisa saber lê-los na carta sinótica e na imagem de satélite. Saber em qual lado da frente o navio se encontra, e prever a ronda do vento e o estado do mar antes e depois da passagem, é o conhecimento prático que organiza tudo o que vem a seguir.

Fig. V-1 Sistema frontal no HS — esquema geral de um sistema frontal no Hemisfério Sul, com frente fria, quente e oclusa e o centro de baixa pressão.

2. Escoamento zonal e a formação dos cavados

2.1 O escoamento zonal padrão

Nas latitudes médias de ambos os hemisférios — faixas de 30° a 60° N e de 30° a 60° S — predominam os ventos de oeste (W). Em altos níveis, esses ventos descrevem um escoamento zonal padrão: fluem praticamente de oeste para leste, com fraca componente meridional (norte-sul). É a situação de equilíbrio, sem perturbação significativa.

O comportamento da atmosfera tropical e equatorial é diferente do das latitudes médias. É justamente nas latitudes médias e altas que o deslocamento de massas de ar — e os sistemas frontais — se manifesta.

Fig. V-2 Escoamento zonal (a e b) — ventos de oeste de latitudes médias em escoamento praticamente de oeste para leste (fraca componente meridional).

2.2 Cristas e cavados — a ondulação do escoamento

Periodicamente, o escoamento horizontal ondula no sentido meridional, formando cristas e cavados de onda. A intensificação da componente meridional dessa ondulação transporta ar frio para regiões mais quentes e ar quente para regiões mais frias. É essa troca de massas que dá origem às frentes fria e quente.

Relação crista–cavado × centros de pressão:

os cavados associam-se a centros de baixa pressão (B);
as cristas associam-se a centros de alta pressão (A);
o eixo do cavado é a sua parte alongada — aponta para a região quente (sentido do equador), em ambos os hemisférios;
por isso os desenhos dos cavados aparecem invertidos no HN e no HS.

Quando a componente meridional fica forte, observam-se ventos de NW no HN e de SW no HS associados ao cavado, trazendo ar frio das latitudes maiores para as menores. Na continuidade do escoamento, observam-se ventos de SW no HN e de NW no HS associados à crista, levando ar quente das latitudes menores para as maiores. Esse transporte alternado de ar frio e quente é o que desencadeia a formação de frentes frias e quentes nos dois hemisférios.

Fig. V-3 Escoamento zonal (a e b) — ondulação meridional formando cristas (alta, A) e cavados (baixa, B).

Fig. V-4 Escoamento zonal (a e b) — fluxo meridional forte: NW no HN e SW no HS no cavado (ar frio); SW no HN e NW no HS na crista (ar quente).

Em situações de fluxo meridional extremo, a circulação oeste-leste chega a romper-se num avanço acentuado em redemoinho. Essa evolução leva à dissipação das frentes, e o escoamento dos ventos de oeste retorna ao seu padrão zonal — até a próxima perturbação meteorológica.

Fig. V-5 Escoamento zonal (a e b) — fluxo meridional extremo, com avanço em redemoinho e dissipação das frentes; retorno ao escoamento zonal padrão.

O escoamento zonal desencadeia a formação dos sistemas frontais no interior dos cavados formados na evolução desse mesmo escoamento.

Lobo/Soares, Cap. V, §1 (Considerações iniciais).

3. Massas de ar e frentes

3.1 O que é uma massa de ar

Chama-se massa de ar a uma grande quantidade de ar que cobre uma extensa região e se caracteriza, sobretudo, por sua temperatura (e também por outros parâmetros, como a umidade). Como a temperatura é o aspecto principal, fala-se simplesmente em massa fria e massa quente.

Onde duas massas de características bem distintas se encontram, a fronteira entre elas é a superfície frontal — região em que se observam as grandes alterações do tempo. Essa superfície se estende do solo até níveis elevados de altitude. A linha que a representa na superfície (do solo ou do oceano) chama-se frente. Para o observador, que normalmente está na superfície, frente significa a linha de separação entre duas massas de ar.

Fig. V-6 Massas de ar — encontro de massas fria e quente; a superfície frontal e a frente (interseção com o solo ou o oceano).

Três conceitos a não confundir:

massa de ar — o volume de ar, frio ou quente;
superfície frontal — a fronteira inclinada entre duas massas, do solo aos altos níveis;
frente — a linha de interseção dessa superfície com o solo ou o oceano (o que se vê na carta).

3.2 Da situação de equilíbrio à formação de frentes

Numa situação de equilíbrio do escoamento zonal, as massas de ar não se deslocam em latitude. A região fica sujeita à temperatura da massa presente, sem alterações sensíveis do tempo; os ventos à superfície sopram em direção paralela, como numa frente estacionária. Quando esse equilíbrio se rompe — pela perturbação que forma um cavado —, surgem as frentes fria e quente.

Fig. V-7 Escoamento zonal (a e b) — sem perturbação: ar frio nas latitudes maiores e ar quente nas menores; ventos paralelos, como frente estacionária.

Fig. V-8 Escoamento zonal (a e b) — fraca perturbação: cavado com frente quente (linhas vermelhas) e frente fria (linhas azuis).

Fig. V-9 Circulação nos cavados (a e b) — ar frio com ventos NW (HN) / SW (HS) e ar quente com ventos SW (HN) / NW (HS); centro de baixa no ponto de inflexão.

Com o deslocamento da massa fria, o ar quente é forçado a ceder espaço ao ar frio que chega. Reside nessa saída forçada do ar quente a origem das grandes alterações do tempo na região. O mecanismo é uma questão de densidade:

o ar frio, mais denso, desloca-se junto à superfície e aos baixos níveis;
o ar quente, menos denso, é forçado a subir em seu deslocamento, afastando-se da região;
essa ascensão provoca formação de nuvens e atividade convectiva.

3.3 A inclinação da superfície frontal decide a nebulosidade

A intensidade do processo convectivo depende de a subida do ar quente ser suave ou acentuada — ou seja, depende da inclinação da superfície frontal, a rampa por onde o ar quente é forçado a subir. A nebulosidade formada concentra-se ao longo dessa superfície, e à superfície observa-se uma região frontal associada a um centro de baixa pressão, que favorece a instabilidade.

Fig. V-10 Massas de ar — superfície frontal (linha vermelha) separando ar quente (menos denso, ascendente) de ar frio (mais denso, junto à superfície).

Fig. V-11 Frentes quentes e frias (a e b) — frente quente: ar quente avança e ascende por rampa suave; frente fria: ar frio avança, ar quente ascende por rampa acentuada.

Fig. V-12 Inclinação da superfície frontal — frente fria com inclinação acentuada (faixa estreita de nebulosidade); frente quente com inclinação suave (faixa extensa).

A inclinação da rampa frontal e suas consequências.
Característica	Frente fria	Frente quente
Inclinação da superfície frontal	Acentuada	Suave
Atividade convectiva	Intensa	Fraca
Faixa de nebulosidade	Estreita	Extensa / larga
Nuvens típicas	Cumulonimbus (Cb)	Cumulus (Cu), Stratus (St) e Cirrus (Ci)

Regra do ar quente: a massa de ar quente sempre ascende. Como a frente fria tem rampa acentuada, o ar quente sobe rápido e forma Cumulonimbus (Cb). Como a frente quente tem rampa suave, o ar quente sobe gradualmente e forma Cumulus, Stratus e Cirrus.

Como a frente separa as massas, o navegante percebe a sua passagem por uma mudança significativa no regime dos ventos, somada à alteração da temperatura do ar e da pressão atmosférica. Bem próximo das costas sul, sudeste e leste do Brasil — até o sul da Bahia —, os efeitos das frentes frias são observados com mais frequência. As frentes frias normalmente se originam na faixa de 50° de latitude, que delimita as altas e as médias latitudes, e deslocam-se na direção das médias latitudes.

4. Frente fria

O navegante deve estar atento à formação de um cavado acentuado, pois ele evidencia a ocorrência de uma frente fria. Quanto mais pronunciado o eixo do cavado, mais significativa será a frente fria e mais frio o ar em circulação. As frentes frias normalmente se deslocam em trajetória para E/SE no HN e para E/NE no HS.

A formação de uma frente fria associa-se à formação de uma região de baixa pressão na junção das áreas onduladas da frente fria e da frente quente, onde a circulação ciclônica se intensifica. Nesse trecho, a frente fria move-se mais rápido que a quente; as duas se juntam no processo de oclusão. No início da oclusão, a circulação ciclônica está no máximo; à medida que ela avança, a circulação diminui, a baixa pressão se enfraquece e o sistema tende ao equilíbrio, com o centro de baixa desaparecendo.

Fig. V-13 Circulação do ar na frente fria (HN) — ar frio sopra na direção da frente; ar quente sopra paralelo e ascende; nebulosidade em estreita faixa adiante da frente.

Uma frente fria apresenta acentuada inclinação da rampa frontal, o que resulta em intensa atividade convectiva e numa estreita faixa de nebulosidade ao longo da frente. O ar quente e úmido, ao ascender e atingir o nível de condensação e a temperatura do ponto de orvalho, forma nuvens de desenvolvimento vertical — conglomerados de Cumulonimbus (Cb) ao longo de toda a extensão da frente.

Fig. V-14 Nebulosidade na frente fria — inclinação acentuada favorece intenso movimento convectivo e estreita faixa de Cumulonimbus (Cb) ao longo da frente.

O navegante sob os efeitos de uma depressão extratropical observa ventos fortes e mar agitado, principalmente no inverno. Recomenda-se acompanhar a passagem da frente pela variação de três parâmetros: pressão atmosférica, temperatura do ar e, principalmente, a direção do vento.

4.1 Na aproximação da frente fria

Sinais de aproximação:

a pressão do ar cai;
a temperatura do ar aumenta;
o vento predominante sopra do quadrante norte no HS (em geral NW ou N) e de SW ou S no HN;
a nebulosidade aumenta, com o surgimento, no horizonte, de topos de Cumulonimbus — nuvens Cirrus em forma de garras ou rabo de galo.

Fig. V-15 Circulação do ar nas frentes quentes e frias (a e b) — circulação ciclônica anti-horária no HN e horária no HS; ronda do vento na passagem das frentes.

4.2 Após a passagem da frente fria

Sinais após a passagem:

a pressão atmosférica aumenta;
a temperatura do ar cai;
o vento predominante é do quadrante sul no HS (em geral SW) e de NW no HN;
a visibilidade reduz durante as pancadas de chuva;
observam-se trovoadas.

Quando o deslocamento é lento: as mudanças não ocorrem de forma abrupta, mas lenta e gradual, formando nuvens estratiformes que dão precipitação contínua e persistente. E quando a massa de ar quente é muito seca, não há nebulosidade — o mau tempo se reduz a ventos fortes.

5. Frente quente

A frente quente forma-se quando há substituição do ar frio pelo ar quente à superfície do solo ou do oceano. Sua superfície frontal tem inclinação suave, o que resulta em fraca atividade convectiva e numa extensa e larga faixa de nebulosidade ao longo da frente — nuvens estratificadas como Stratus, Nimbostratus, Altostratus, Cirrostratus e Cirrus, formadas no lado do ar frio.

Fig. V-16 Circulação do ar na frente quente (HN) — ar quente sopra na direção da frente e ascende suavemente; ar frio recua; nuvens estratificadas do lado do ar frio.

Fig. V-17 Nebulosidade na frente quente — inclinação suave; nuvens estratificadas (Stratus, Nimbostratus, Altostratus, Cirrostratus, Cirrus) em extensa faixa, no lado do ar frio.

5.1 Na aproximação da frente quente

Sinais de aproximação:

nebulosidade estratiforme em extensa faixa, com precipitação leve e contínua ou garoa;
a pressão cai lentamente, durante bastante tempo;
a temperatura do ar mantém-se quase constante;
o vento é fraco e sopra de NE no HS e de SE no HN;
a visibilidade é boa até o início da garoa ou chuva.

5.2 Após a passagem da frente quente

Sinais após a passagem:

a pressão atmosférica diminui;
o vento predominante sopra de NW no HS e de SW no HN;
a temperatura do ar aumenta.

Na frente quente o ar quente sopra na direção da frente, ao mesmo tempo que ascende suavemente, enquanto o ar frio recua — resultando em nuvens estratificadas e precipitação do lado do ar frio.

Lobo/Soares, Cap. V, §2.2 (Frente quente).

6. Frente oclusa

Uma frente fria, em sua trajetória normal, pode deslocar-se cerca de duas vezes mais rápido do que uma frente quente e acabar por alcançá-la, suspendê-la e empurrá-la para cima. Forma-se assim a frente oclusa — também chamada simplesmente de oclusão. A oclusão ocorre quando a frente quente deixa de ter contato com a superfície, forçada a elevar-se pelo avanço da massa fria mais veloz. A massa mais fria que chega passa, então, a contactar a massa menos fria (ar fresco) que estava à frente da massa quente.

Resultam três massas de temperaturas diferentes: uma bem fria, uma bem quente e uma fresca (menos fria). A oclusão pode ser do tipo fria ou quente, sendo a fria predominante.

Fig. V-18 Frentes oclusas — a frente fria, mais rápida, alcança a frente quente e a suspende, desencadeando a oclusão (mais comum: oclusão tipo fria).

O centro de baixa pressão (B) do sistema frontal, no nível do mar, está sempre na extremidade da frente oclusa. Esta afirmativa ajuda muito o navegante a interpretar imagem de satélite e carta sinótica.

Lobo/Soares, Cap. V, §2.3 (Frente oclusa).

Como reconhecer uma oclusão na carta e no satélite:

a oclusão normalmente é do tipo fria;
o centro de baixa pressão (B) aparece sempre na extremidade da nebulosidade da oclusão;
na nebulosidade da oclusão observam-se as nuvens da frente fria e da frente quente;
a oclusão tem acentuada concavidade, parecendo uma vírgula;
com a evolução do sistema, o tamanho da frente oclusa vai aumentando;
atenção: os desenhos dos sistemas frontais no HN e no HS são invertidos.

6.1 Oclusão do tipo fria (a mais comum)

Na oclusão fria, o ar que avança com a frente fria é mais frio do que o ar fresco que está avante da frente quente. Esse ar frio avança por baixo, junto à superfície, e levanta a frente quente, o ar quente e o ar fresco. A oclusão fria resultante tem, à superfície, as características de uma frente fria, mas o contraste de temperatura entre a massa fria e a fresca é menor do que numa frente fria comum. O tempo avante da oclusão é semelhante ao de uma frente quente, e a passagem pode ser marcada por condições mais chuvosas, como nas frentes frias.

Fig. V-19 Frente oclusa tipo fria — seção vertical; ar fresco fica oclusa (afastada do solo) pela maior densidade da massa mais fria que chega.

6.2 Oclusão do tipo quente (menos frequente)

A oclusão quente ocorre quando o ar fresco que avança com a frente fria não é tão frio quanto o ar frio que está avante da frente quente. Nesse caso, o ar fresco e mais rápido da frente fria desloca-se por baixo do ar quente, mas sobe sobre o ar frio presente na região, avante da frente quente. O tempo avante de uma oclusão quente assemelha-se ao de uma frente quente.

Fig. V-20 Frente oclusa tipo quente — seção vertical; o ar fresco da frente fria sobe sobre o ar frio presente na região, avante da frente quente.

Ambos os tipos de oclusão podem ser de difícil localização para um observador na superfície: o contraste de temperatura através da frente é normalmente pequeno, e a precipitação ocorre sobre extensa região, mascarando a posição da frente; a baixa pressão associada não é tão pronunciada como nas frentes frias e quentes. Com o auxílio de imagens de satélite, porém, uma frente oclusa pode ter forma tão definida quanto uma frente fria.

7. Frente fria estacionária (na Metárea V)

Uma frente fria estacionária ocorre quando não há deslocamento da frente. Nessa situação, os ventos são paralelos à frente em ambos os lados, porém de direções opostas. O início do processo pode ser observado pelas aberturas das isóbaras na extremidade do eixo do cavado: quando as isóbaras da extremidade do cavado se abrem, alteram a direção do vento e vão reduzindo a velocidade de deslocamento da frente fria, até a frente parar.

Fig. V-21 Frente fria estacionária — simbologia padrão no trecho estacionado; isóbaras da extremidade do cavado se abrem e a frente reduz a velocidade até parar.

Fig. V-22 Circulação e nebulosidade na frente estacionária (HN) — ventos à superfície paralelos à frente, em direções opostas; nebulosidade e precipitação no lado frio.

Exemplo: na área Delta do Meteoromarinha (Metárea V), observam-se ventos frios de SE e ventos quentes de NW, paralelos à frente estacionária e de sentidos opostos.

Lobo/Soares, Cap. V, §2.4 (Frente fria estacionária na Metárea V).

No HS, na ocorrência da frente fria estacionária, há mudança nas direções dos ventos na extremidade da frente fria, do lado frio: o vento de sudoeste (SW) varia para sul (S) e depois para sudeste (SE). Nessa configuração, as isóbaras da extremidade do cavado podem favorecer ressaca e mar severo na navegação costeira.

A evolução do tempo associado a uma frente estacionária depende do histórico da frente, do contraste de temperatura e da direção e intensidade dos ventos. Ela pode evoluir para uma frente fria, para uma frente quente ou simplesmente dissipar.

Por que ela estaciona na Metárea V: na costa do Brasil, o avanço dos sistemas frontais vindos do sul é bloqueado pelo centro de alta pressão permanente da célula de Hadley (o anticiclone permanente do Atlântico Sul). Esse bloqueio é típico nas áreas Delta / Echo e resulta em frente fria estacionária, normalmente na região do sul da Bahia / norte do Espírito Santo.

8. Sistemas frontais e trajetórias

A nebulosidade de um sistema frontal muda em cada estágio do seu ciclo de vida — desde a formação das frentes fria e quente, passando pelo deslocamento e pela oclusão, até a dissipação. Consultando ao mesmo tempo a carta sinótica de pressão à superfície e a imagem de satélite (tratadas no Cap. VI), o navegante identifica, pela nebulosidade, em que estágio está o sistema. Vale sempre lembrar: o centro de baixa pressão do sistema está na extremidade da nebulosidade da frente oclusa.

Fig. V-23 Ciclo de vida das frentes (HN) — a, b, c e d; intensificação do cavado, oclusão e desenvolvimento da nebulosidade associada ao centro de baixa.

Fig. V-24 Ciclo de vida das frentes (HS) — a, b, c e d; centro de baixa pressão (B) sempre na extremidade da nebulosidade da frente oclusa.

As trajetórias dos sistemas frontais acompanham o escoamento dos ventos de oeste (W), em ambos os hemisférios. Por isso as trajetórias normais são para E/NE no HS e para E/SE no HN. Dentro do cavado, partindo do centro de baixa pressão, desloca-se todo o sistema frontal — com as frentes fria, quente e oclusa —, normalmente a cerca de 10 nós.

Fig. V-27 Ventos de E e ventos de W — circulação geral do ar e trajetórias dos sistemas (tropicais e frontais); trajetórias frontais para E/NE (HS) e E/SE (HN).

Trajetória dos sistemas frontais por hemisfério.
Hemisfério	Trajetória da frente fria	Ronda do vento na passagem da FF	Ronda do vento na passagem da FQ
HS	para E/NE	de NW para SW	de NE para NW
HN	para E/SE	de SW para NW	de SE para SW

8.1 O sistema na carta sinótica

Em cartas sinóticas reais (15 e 24 de outubro de 2017), o navegante reconhece áreas geradoras de ondas pelas extensas pistas e pelo estreito espaçamento entre as isóbaras, que indicam fortes gradientes horizontais de pressão e, portanto, ventos muito fortes e estado do mar severo.

Fig. V-25 Carta sinótica 15/OUT/17 — carta de pressão ao nível do mar com sistema frontal.

Fig. V-26 Carta sinótica 24/OUT/17 — extensas pistas geradoras de ondas e estreitos espaçamentos entre isóbaras (fortes gradientes de pressão, ventos muito fortes).

9. Aspectos relevantes — conceitos e exercícios

9.1 Conceitos para fixar

Definições essenciais:

as massas de ar caracterizam-se por pequenas diferenças horizontais de temperatura e umidade;
inversão térmica — o contrário do normal: massa de ar com temperatura maior em níveis mais altos e massa fria nos baixos níveis;
frontólise — região de dissipação de frente fria;
frontogênese — região de formação de frente fria;
frente quase estacionária — frente cuja posição permanece quase inalterada por um período; pode normalizar-se e voltar a deslocar-se;
nas médias e altas latitudes ocorrem cavados; dentro do cavado, partindo da baixa pressão (B), está todo o sistema frontal (frentes fria, quente e oclusa), que se desloca a cerca de 10 nós.

9.2 Direções dos ventos no sistema frontal (HS × HN)

Como a circulação do ar tem sentidos contrários nos dois hemisférios — horário no HS e anti-horário no HN —, as direções dos ventos antes e depois da frente fria são distintas em cada hemisfério. No desenho de um sistema frontal, observam-se sempre ventos quentes antes da frente fria e ventos frios depois dela.

Quadrantes dos ventos no sistema frontal, por hemisfério.
Hemisfério	Ventos frios (depois da FF)	Ventos quentes (antes da FF)	Ronda na passagem da FF
HS	quadrante SUL (SE, S, SW)	quadrante NORTE (NE, N, NW)	NW → SW
HN	quadrante NORTE (NE, N, NW)	quadrante SUL (SE, S, SW)	SW → NW

9.3 Lendo a frente fria na imagem de satélite

O que a imagem de satélite revela:

a frente fria aparece como faixa estreita de cor branca intensa (Cb), apontando para latitudes mais baixas;
a rampa acentuada da frente fria favorece intensa atividade convectiva, com Cb;
a nebulosidade da frente fria estende-se dentro da massa fria, afetando a região depois da passagem;
na aproximação da frente fria observam-se nuvens Cirrus (Ci) em movimento, pela divergência no topo dos Cumulonimbus;
a frente quente, com rampa suave, dá fraca convecção, com Stratus e Cumulus, em larga faixa de aparência branca e cinza-clara, afetando a área antes da passagem;
na frente oclusa observam-se as nebulosidades das frentes fria e quente, estendendo-se até o centro de baixa pressão (B), que fica na sua extremidade.

9.4 Efeito prático na navegação costeira (sul e sudeste do Brasil)

Frente fria na costa sul/sudeste do Brasil — antes e depois.
Momento	Ventos / ondas	Estado do mar costeiro
Antes da passagem da FF	ventos quentes de NW/N/NE; ondas da costa para o mar aberto	navegação costeira tranquila
Após a passagem da FF	ventos frios de SW/S/SE; ondas do mar aberto para a costa	navegação costeira agitada, mar severo

A passagem da frente fria no HS é marcada por significativa ronda dos ventos de NW para SW e pela ocorrência de Cumulonimbus (Cb). Após a passagem, o navegante em derrota costeira no sul e sudeste deve esperar ondas do mar para o litoral e mar mais severo — momento de reavaliar rumo e velocidade.