Aula 2 - Introducao a Hidrometeorologia

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Introdução ao sistema climático 
terrestre para hidrometeorologia
Dr. Anderson Ruhoff
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Objetivos de aprendizagem:
§ Compreensão de conceitos básicos em climatologia, meteorologia, 
hidrometeorologia e interações do sistema climático terrestre
§ Compreensão da importância dos estudos relacionados ao clima para o exercício 
profissional em engenharia e ciências ambientais
Crédito da imagem: NASA Climate (2005)
Crédito da imagem: NASA Blue Marble (2013)
A atmosfera
Evolução da climatologia e 
meteorologia enquanto ciência
§ Invenção de instrumentos de 
medição:
§ Termômetro
§ Barômetro
§ Higrógrafo
§ Pluviógrafos
§ Redes de observação
§ Telégrafo
• Instrumentos permitiram o estudo 
e compreensão da atmosfera:
§ Lei dos gases ideais: relação entre 
pressão, temperatura e densidade
§ Processos meteorológicos em 
superfície
§ Estrutura vertical da atmosfera
O sistema climático terrestre
Crédito da imagem: NASA (Sally Bensusen)
Balanço energético terrestreSistema climático terrestre:
§ Aquecimento solar diferencial 
da superfície terrestre
§ Entrada de radiação de ondas 
curtas 
§ Saída de radiação de ondas 
curtas e longas
Crédito da imagem: NASA (2009)
O sistema climático terrestre
Aquecimento diferencial da superfície terrestre
Crédito da imagem: NASA (2009)
A circulação atmosférica global:
§ Aquecimento diferencial da atmosfera
§ Gradiente de temperatura
§ Transporte de energia em grande escala 
dos trópicos para as regiões polares
§ Algumas explicações históricas:
§ Halley (1686): Processo convectivo simples 
pela observação dos ventos alísios
§ Hadley (1735) Mecanismo circulatório 
térmico pela compreensão do ventos de 
oeste
§ Ferrel (1856) mecanismo de circulação de 
três células, sugerindo diferentes campos 
de pressão atmosférica em superfície
O sistema climático terrestre
Avanços no Séc. XX:
Reconhecimento da existência de um 
sistema climático terrestre em escala 
global
§ Atmosfera: mais instável e rápido
§ Hidrosfera (oceanos): regulação 
térmica e atmosférica em função da 
inercia termal
§ Criosfera: regulação do balanço 
radiativo e transporte de massa e 
energia
§ Biosfera: interação entre balanço 
radiativo e composição atmosférica
Crédito da imagem: NASA GPM
Interação: variabilidade espacial e temporal
O sistema climático terrestre
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Novo 
conceito:
Antroposfera
Climatologia e Meteorologia
Climatologia
Meteorologia
A Climatologia é uma 
subárea da meteorologia 
que estuda o 
comportamento médio da 
atmosfera para um 
determinado período, 
através de métodos 
estatísticos.
Climatologia e Meteorologia
Climatologia
Meteorologia
A Meteorologia é definida 
como a ciência que 
estuda os fenômenos que 
ocorrem na atmosfera. 
Está relacionada ao 
estado físico, dinâmico e 
químico da atmosfera, as 
interações entre elas e a 
superfície terrestre 
subjacente
Hidrometeorologia
HidrologiaMeteorologia
O conceito de hidrometeorologia refere-se a 
análise de processos e fenômenos 
relacionados à transferência de massa e 
energia entre a atmosfera e a superfície em 
curtos intervalos de tempo. A análise estatística 
desses processos em longos períodos define o 
conceito de hidroclimatologia.
E a hidrometeorologia?
Conceito: Langbein (1967) “The study
of the influence of climate upon the
waters of the land”
Conceito desatualizado: atividade 
passiva da influência da superfície 
continental na atmosfera
Variações climáticas e meteorológicas
“O tempo define o que voce vai vestir
em um dia qualquer, enquanto clima
define o que voce deve ter em seu
guarda roupa”
Elementos Climáticos
São grandezas (variáveis) que 
caracterizam o estado da 
atmosfera. Descrevem as 
condições atmosféricas em um 
dado local e instante
Fatores Climáticos
São agentes que condicionam os 
atributos do clima. Fatores como 
latitude, altitude, continentalidade 
e maritimidade, correntes 
oceânicas, definem e interferem 
nos elementos climáticos
Climatologia
• Clima: médias de 
condições atmosféricas de 
longo período
Meteorologia
• Tempo: condições 
atmosféricas escalas de 
tempo curtas
Variações climáticas e meteorológicas
OMM: “Clima é o 
estado médio da 
atmosfera 
(caracterizado por 
elementos climáticos) 
em um período de no 
mínimo trinta anos (30) 
de observação”
Definição de clima
Tempo ou clima?
Os padrões climáticos serão definidos a partir de observações de longo período
Registro da temperatura do ar em estação meteorológica no Hemisfério Norte
Crédito das imagens: https://www.climate.gov/maps-data/primer/comparing-climate-and-weather
1 ano 3 anos 30 anos
Medições e registros meteorológicos 
https://www.climate.gov/maps-data/primer/comparing-climate-and-weather
Medições e registros meteorológicos 
• Rede Meteorológica Nacional (INMET)
• Disponível em http://www.inmet.gov.br
• Estações meteorológicas convencionais
• Estações meteorológicas automáticas
• Variáveis atmosféricas disponibilizadas:
• Precipitação
• Temperatura do ar
• Umidade relativa do ar
• Pressão atmosférica
• Radiação solar incidente
• Direção e velocidade do vento
Estação Meteorológica
http://www.inmet.gov.br/
Medições e registros meteorológicos 
§ A partir de registros de longas séries 
temporais, pode-se estabeler as 
Normais Climatológicas
§ Definição:
Valor padrão reconhecido de um 
elemento meteorológico, considerando 
a média de sua ocorrência em um 
determinado local, por um número 
determinado de anos. "Normal" significa 
a distribuição dos dados dentro de uma 
faixa de incidência habitual. 
1961-1990
1981-2010
1991-2020
Normais climatológicas do INMET
Medições e registros meteorológicos 
Incertezas nos dados 
meteorológicos:
§ Diferentes fontes
Diferentes
resoluções
(espacial e 
temporal)
§ Diferentes
metodos de 
obtenção dos 
dados
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Medições e registros meteorológicos 
Crédito das imagens: NASA GISS (2020)
Condições atuais do sistema climático
Normais climatológicas no Brasil
Normais 
climatológicas 
para o período 
1981-2010 
(INMET)
Janeiro
Precipitação Temperatura
Dados disponíveis em http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
Normais climatológicas no Brasil
Normais 
climatológicas 
para o período 
1981-2010 
(INMET)
Julho
Precipitação Temperatura
Dados disponíveis em http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
Normais climatológicas no Brasil
Dados disponíveis em http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
Normais 
climatológicas 
para o período 
1981-2010 
(INMET)
Média anual
Precipitação Temperatura
http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
A integração de dados meteorológicos obtidos a partir de diversas fontes permite 
compreender e monitorar o sistema climático terrestre e realizar previsões de curto, 
médio e longo prazo. 
Temperatura média global (continentes e 
oceanos) entre 1880 e 2020
Precipitação observada a partir do Global Precipitation
Measurement (GPM) em 17/06/2020 as 10:30am UTC 
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§ Projetos de engenharia
§ Estudo de cheias em rios
§ Sistemas de irrigação
§ Projetos de navegação
§ Construção de reservatórios
§ Transposição de águas
§ Cheias urbanas
§ Mapeamento de risco de 
inundações
§ Infraestrutura de drenagem 
urbana
§ Previsão de cheias em 
tempo real
Evaporação de água no Reservatório de Sobradinho (BA)
Alagamentos em 
áreas urbanas
Mapeamento das áreasde inundação
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
§ Processos ambientais e 
ecológicos:
§ Ciclagem de carbono
§ Emissões de gases de efeito 
estufa
§ Mudanças climáticas
§ Impactos das mudanças de uso 
da terra (desmatamento)
§ Desastres naturais
§ Entendimento dos sistemas 
naturais
§ Modelagem de base física
Impactos das queimadas nos processos ecológicos
Impactos mudanças de uso da terra (desmatamento) na precipitação
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Imagem do 
sensor CBERS 
(Julho de 2020)
Inundações 
ocorridas no 
Rio Grande do 
Sul em Julho 
de 2020
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
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1967
1941
1926
Porto Alegre
O que eventos históricos nos 
contam sobre os processos 
climáticos e hidrológicos?
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Mudanças de uso da terra e 
impactos na disponibilidade hídrica 
Crédito da imagem: Coe et al (2013) Deforestation and climate feedbacks 
threaten the ecological integrity of south–southeastern Amazonia. Phil. 
Trans. R. Soc. B. 
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
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Alteração no padrão de eventos 
extremos
3 tipos de mudanças dos elementos climáticos
§ Mudança na média
§ Mudança na variabilidade
§ Mudança na simetria
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Crédito das imagens: IPCC (2012) 
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Fonte dos dados: Trenberth et al. (2015) Attribution of climate change events. Nature
Climate Change. http://www.nature.com/nclimate/journal/v5/n8/full/nclimate2657.html
National Center for Atmospheric Research
Boulder, Colorado (EUA)
§ 1/3 da intensidade do 
furacão Sandy pode ser 
atribuído ao aumento da 
temperatura do oceano
§ Maré meteorológica não 
atingiria Nova York e túneis 
e metrôs muito 
provavelmente não seriam 
inundados
§ U$ 40 BI de prejuízos em 
NYC associados ao 
aumento da temperatura 
dos oceanos
Impactos do furacão 
Sandy em NYC (2012)
http://www.nature.com/nclimate/journal/v5/n8/full/nclimate2657.html
Precipitação Trajetória
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Referência da artigo: 
Magnusson (2014) Evaluation of 
Medium-Range Forecasts for 
Hurricane Sandy.
Acesse em: 
http://journals.ametsoc.org/doi/
pdf/10.1175/MWR-D-13-00228.1
http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/MWR-D-13-00228.1
Avaliação do impacto da temperatura de superfície do mar
Crédito das imagens: Magnusson (2014) Evaluation of Medium-Range Forecasts for Hurricane Sandy.
SST anom (Oct 2015) SST clim (ERA 1961-1990)
SST difference Latent heat difference
Simulações do ECMWF:
§ Avaliação da temperatura dos oceanos com dados 
de climatologia (1961-1990) de reanálise (ERA): entre 
1,5°C e 2,5°C abaixo da média
Conclusões da pesquisa:
§ Sandy iria ocorrer de qualquer forma
§ Não foi observado mudança de trajetória
§ Pressão mínima aumentou 7,6 hPa
§ Precipitação foi reduzida em 35%
§ Impacto médio do vento foi reduzido em 36%
§ Maré meteorológica e inundações não atingiriam 
Nova York
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Como podemos melhorar nosso 
entendimento sobre a ocorrência de 
processos climáticos e 
meteorológicos?
Podemos melhorar as previsões de 
eventos extremos?
Podemos mitigar possíveis efeitos 
da variabilidade climática?
Podemos adaptar as estruturas 
sociais, econômicas, urbanas a 
processos relacionados ao sistema 
climático terrestre? 
Por que estudar os processos climáticos, 
meteorológicos e hidrometeorológicos?
Referências bibliográficas
Leitura recomendadas
§ Shuttleworth (2012) Terrestrial Hydrometeorology and the Global Water 
Cycle. Terrestrial Hydrometeorology. Wiley-Blackwell.
§ Bonan (2016) Components of the Earth system. Ecological Climatology. 
Cambridge.
Obrigado!
Crédito da imagem: NASA Climate (2005)