Aula 5 - Fatores Climáticos (Climatologia - noções básicas e climas do Brasil)

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<p>3 A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM os FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA Para melhor entender os tipos de tempo e os climas dos diferen- tes pontos da Terra, os conteúdos de Climatologia são comumente abordados a partir dos elementos climáticos e dos fatores do clima (ou fatores geográficos do clima) que os condicionam, de modo a subsidiar a compreensão das características e da dinâmica da atmos- fera sobre os diferentes lugares em sua permanente interação com a superfície. Os elementos climáticos são definidos pelos atributos físicos que representam as propriedades da atmosfera geográfica de um dado local. Os mais comumente utilizados para caracterizar a atmosfera geográfica são a temperatura, a umidade e a pressão, que, influen- ciados pela diversidade geográfica, manifestam-se por meio de precipitação, vento, nebulosidade, ondas de calor e frio, entre outros. A grande variação espacial e temporal da manifestação dos elementos climáticos deve-se à ação de controles climáticos, também conhecidos como fatores do clima. A estes juntam-se os aspectos dinâmicos do meio oceânico e atmosférico, como correntes oceânicas, massas de ar e frentes, que, atuando integradamente, irão qualificar os distintos climas da Terra. Os fatores climáticos correspondem àquelas carac- terísticas geográficas estáticas diversificadoras da paisagem, como latitude, altitude, relevo, vegetação, continentalidade/maritimidade e atividades humanas (Figura 3.1). Embora seja habitual considerar os elementos à parte dos fatores climáticos, não se deve tomar com rigidez essa divisão, uma vez que os primeiros agem entre si de forma significativa, podendo, eventual- Latitude Astronômico mente, um elemento ser ativo no controle de outro, Atividades como, por exemplo, a temperatura condicionando Pressão humanas Global Vegetação a variação da umidade relativa e influenciando os Temperatura Relevo Regional campos barométricos. Da mesma forma, deve-se Umidade Continentalidade Local ter em mente que, dependendo da análise climá- Maritimidade tica que se pretende, o elenco de elementos a ser envolvido pode ser consideravelmente ampliado. Elementos Fatores Níveis de climáticos Antes de proceder à análise das interações entre geográficos influência os elementos e fatores climáticos individualizadas Fig. 3.1 Os elementos climáticos e seus fatores nos campos térmico (temperatura), higrométrico geográficos 41</p><p>CLIMATOLOGIA: noções básicas e climas do Brasil (umidade do ar) e barométrico (pressão atmosférica), é necessário examinar os princípios básicos que regem a ação dos fatores sobre os elementos e a relação dos fatores entre si. A latitude é um importante fator climático, pois retrata a ação de alguns condicionantes astronômicos na quantidade de energia que entra no Sistema Superfície-Atmosfera, como: rotação da Terra sobre seu eixo: a definição da noite e do dia implica uma diferen- ciação na entrada de energia, considerando os hemisférios diurno/noturno da Terra, em decorrência da maior ou menor duração do dia e da noite associada ao aumento da latitude (Figura 3.2); 22/12: Solstício de verão (Hemisfério Sul) Duração do dia a cada de latitude 22/06: Solstício de inverno (Hemisfério Sul) Noite Dia 6 meses 6 meses P.N. P.N. 24h 11h25 16h18 12h 14h52 12h35 13h56 13h12 SOL 13h12 13h56 12h35 14h52 12h 16h18 18h27 11h25 24h Noite P.S. P.S. Dia 6 meses 40 6 meses 23/09: Equinócio de primavera (Hemisfério Sul) 21/03: Equinócio de outono (Hemisfério Sul) P.N. SOL de Fig. 3.2 Solstícios e equinócios. Os números indicam a duração do dia nos solstícios e nos equinócios em várias latitudes P.S. Fonte: Strahler, 1971. a inclinação desse eixo sobre o plano que a Terra descreve em seu movimento ao redor do Sol (eclíptica), limitando a máxima intensidade de energia a uma restrita faixa compreendida entre Trópico de Capricórnio (23°23' S) e Trópico de Câncer (23°23' N); 42</p><p>3 A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM os FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA o próprio movimento de translação, que promove uma distribuição sazonal da ener- gia solar sobre a Terra, de modo a se ter simultaneamente maior recepção de energia em um hemisfério do que no outro; a distância entre os dois astros, a diferença de tamanho entre eles e a forma esférica aparente da Terra, que fazem com que os raios solares atinjam Planeta paralela- mente, de forma que a entrada de energia no topo do SSA seja a mesma em qualquer ponto. Pode-se resumir as considerações anteriores analisando como a radiação solar que entra no SSA incide sobre a superfície terrestre. A Figura 3.3 ilustra a forma de incidência dos raios solares sobre uma dada superfície (isto Zênite Raio solar é, o ângulo formado entre os raios e o chão), AZ para a distribuição de energia no globo. A altura solar não é uma definição puramente teórica e pode ser calculada (tomando-se Altura solar horário de 12 h locais como referência) com a ajuda de um analema ou anuário astronômi- Superfície local que expresse a declinação do Sol ao longo do ano. A declinação do Sol (8) representa o Fig. 3.3 Altura solar. ângulo formado entre o raio lugar da Terra em que os raios solares estão solar incidente e a superfície do lugar é definido como incidindo perpendicularmente ou, em outros altura solar (h). Encontra-se h pela expressão h = (AZ), que está representada na figura. A linha termos, representa a latitude do lugar (Q) em de Zênite é do lugar e corresponde a uma que a radiação solar incidente está coincidin- linha imaginária usada como artifício de cálculo, já do com a vertical do lugar ou linha do Zênite que estará sempre a de qualquer superfície portanto, está a 90° da superfície (como se diz popularmente, Sol está "a O local em que tal fato ocorre é chamado de ponto subsolar. Superfície local Raio vertical Como mostra a Figura 3.4, a distância é solar facilmente determinada com a ajuda da decli- nação do Sol, isto é, ela será igual ao valor da h Raio solar soma dos ângulos da latitude do lugar e da incidente (RSI) declinação do Sol (8), quando ambas estive- AZ rem em hemisférios diferentes; e será igual à Superfície local subtração, quando Q e estiverem no mesmo hemisfério. Assim, a distância zenital será: Fig. 3.4 Distância zenital. Como o Sol está incidindo verticalmente na latitude do Trópico de Câncer, sua declinação será ângulo formado entre RSI e a linha de Zênite (AZ zenital) será o mesmo que o formado pela soma da latitude do lugar (35° no exemplo) e a latitude da declinação do Sol A latitude do lugar, como também a época do (23°27'), o que corresponde a Aplicando-se a ano, define o ângulo com que os raios do Sol fórmula anterior: h (58°27'); 43</p><p>CLIMATOLOGIA: noções básicas e climas do Brasil irão incidir sobre a superfície daquele lugar (às 22 de dezembro 22 de junho 12h locais), o que implica a disponibilidade de Zênite Raio solar Zênite Raio solar incidente incidente energia de dado local depender do ângulo com Manaus que a energia perpassa no SSA (Figura 3.5). 03°08'S h 63°22' Vale dizer que, quanto mais perpendicular- mente incidir um feixe de raios solares, menor Zênite Raio solar Zênite Raio solar será a área da superfície por ele atingida; incidente incidente Salvador assim, haverá uma maior concentração de 13°01'S 79°30' energia por unidade de área do que quando a incidência é oblíqua (Figura 3.6). Como o processo de transferência de energia da super- Zênite Zênite Raio solar Raio solar incidente fície para o ar é o principal responsável por São Paulo incidente seu aquecimento, a razão de aquecimento do 23°30'S h=90° h ar será na mesma proporção da intensidade de energia absorvida/retida na superfície. Zênite Zênite Raio solar Raio solar incidente Curitiba incidente O gráfico apresentado na Figura 3.7 ilustra a situação anteriormente descrita ao apresentar h h a relação entre a distribuição latitudinal média anual da radiação solar absorvida pelo SSA e Zênite Zênite Raio solar Raio solar incidente a radiação terrestre emitida pelo Sistema ao Porto Alegre incidente espaço. Em dos elevados valores 30° S de altura solar, a faixa latitudinal compreen- dida entre os paralelos 30° norte e sul possui Fig. 3.5 Alturas solares simultâneas em várias cidades um excedente líquido de energia, ao contrá- brasileiras no verão e no inverno. Observe que quanto mais próximo está local do ponto subsolar (local em rio das duas faixas restantes, onde os raios que h = mais próximo à vertical do lugar (linha solares possuem sazonalmente baixos valores de Zênite) estará a incidência do raio solar (RSI). É ou mesmo não ocorrem, como nos invernos da caso da cidade de São Paulo no dia 21 de dezembro, quando o ponto subsolar coincide com a sua latitude regiões polares. RSI RSI Considerando-se uma mesma latitude, o ângulo de incidência da radiação solar varia sazonalmente de acordo com a posição que a Terra assume em sua órbita ao redor do Sol. Essa variação da altura solar acompanha a marcha aparente que o Sol percorre ao longo S1 da Terra, dada pela declinação solar (8). Menor intensidade Maior intensidade RSI: Radiação solar incidente S: Área de superfície Como o eixo de rotação da Terra inclina-se Fig. 3.6 Concentração de energia na superfície. com um ângulo de 23°27' em relação à verti- Embora raio solar incidente (RSI) seja de mesma cal ao plano da órbita do Planeta (chamado intensidade nos dois casos, a superfície da direita de eclíptica), e como esse eixo aponta sempre possui menos energia por unidade aérea, uma vez que a incidência oblíqua da RSI promove a distribuição para a mesma direção, e ainda, como em cada dessa energia por uma área maior 44</p><p>3 - A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM os FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA dia do ano a Terra encontra-se em determinada posição ao longo dessa órbita, a declinação do Sol estará em seu ponto mais meridio- nal no paralelo de latitude 23°27' S, no dia 21 ou 22 de dezembro. 0,6 0,4 0,2 0 Fig. 3.7 Distribuição lati- 90° 60° 30° Norte Sul 30° 90° tudinal das radiações solar (linha tracejada) e terrestre Perda líquida de radiação Ganho líquido de radiação (linha contínua) Essa situação define o paralelo do Trópico de Capricórnio, o início do verão para o hemisfério Sul (HS) e o início do inverno para o hemis- fério Norte (HN), que são denominados dia do solstício de verão e dia do solstício de inverno, respectivamente. Portanto, a concentração de energia nessa época do ano será maior no HS do que no HN, bem como a duração dos dias, uma vez que este hemisfério estará voltado para o Sol, como mostra a Figura 3.2. Passados três meses, no dia 20 ou 21 de março, a declinação do Sol estará exatamente sobre o paralelo de latitude que divide a Terra em dois hemisférios - a linha do Equador -, de modo que latitudes correspondentes em cada hemisfério apresentarão a mesma disponi- bilidade de energia, isto é, h será igual para ambos, sendo a duração do dia igual à duração da noite para qualquer ponto da Terra. Esse dia é definido como equinócio e marca o início do outono no HS e o início da primavera no HN. No dia 21 ou 22 de junho, o Sol estará na sua posição aparente mais setentrional, a 23°27' N, definindo o Trópico de Câncer e o dia do solstício de inverno no HS e de verão no HN, apresentando agora este as condições que o HS apresenta na ocasião de seu solstício de verão. A posição da Terra em sua órbita, que corresponde ao dia 22 ou 23 de setembro, traz para HS o início da primavera e para o HN o início do outono, quando h está novamente coincidindo com a linha do Equador, caracterizando mais um equinócio. 45</p><p>CLIMATOLOGIA: noções básicas e climas do Brasil Como fora da faixa Intertropical o Sol nunca coincidirá com a vertical local (h = 90°), a distribuição de energia na Troposfera se diferencia latitudinalmente, como representam as zonas climáticas, condiciona- das à distribuição de energia (Figura 3.8). Tais zonas são definidas pelos paralelos de latitude em decorrência da energia que cada faixa recebe ao longo do ano, como consequência da posição da Terra em sua órbita ao redor do Sol. Zonas de latitudes Latitude; escala proporcional à área 75 Polar Norte Ártica Subártica Latitudes N médias Pólo Norte Círculo Antártico Subtropical Tropical Trópico de Câncer Equador Equatorial Trópico de Capricórnio Tropical 60° Círculo Antártico Subtropical -90° Pólo Sul Latitudes S médias 55 Subantártica Antártica Fig. 3.8 Zonas climáti- Polar Sul cas da Terra Outro fator que diversifica os padrões climáticos do globo é o relevo, em decorrência de sua variação de altitude, forma e orientação de suas vertentes. Considerando dois lugares de mesma latitude, porém, com altitudes diferentes, aquele que estiver mais elevado terá sua temperatura diminuída na razão média de 0,6°C para cada 100 m de diferença do local mais baixo. As cidades paranaenses de 46</p><p>3 A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM os FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA Curitiba (900 m de altitude média) e Paranaguá (6 m de altitude média), por exemplo, apresentam, respectivamente, temperaturas médias de 16,5°C e 19,6°C, retratando um gradiente vertical médio de 0,3°C/100 m. O relevo apresenta três atributos importantes na definição dos climas: posição, orientação de suas vertentes e declividade. A posição do relevo favorece ou dificulta os fluxos de calor e umidade entre áreas contí- guas. Um sistema orográfico que se disponha latitudinalmente em uma região, como o Himalaia, por exemplo, irá dificultar as trocas de calor e umidade entre as áreas frias do interior da China e aquelas mais quentes da Índia. Já a Cordilheira dos Andes, por se dispor no sentido dos meridianos, não impede que as massas polares atinjam o norte da América do Sul e nem que as equatoriais cheguem ao sul do Brasil (Figura 3.9). Entretanto, inibem a penetração da umidade proveniente do Pacífico para o interior do continente. Nas zonas mais carentes de energia solar (latitudes extra-tropicais), a orientação do relevo em relação ao Sol irá definir as vertentes mais aquecidas e mais secas, e aquelas mais frias e mais úmidas. Tomando o exemplo do hemisfério Sul, as vertentes mais quentes serão aquelas voltadas para Norte, pois, nesse hemisfério, o Sol estará sempre no horizonte Norte, deixando à sombra as vertentes voltadas para o horizonte Sul. As regiões que possuem sua superfície ondulada terão o fator declividade modifi- cando a relação superfície/radiação inci- dente, como mostra a Figura 3.10. Além de depender da forma como a energia entra no SSA, a absorção dos raios solares por Hipsometria (m) uma dada superfície dependerá também das características físicas que ela apresen- ta, isto é, do tipo de cobertura que possui, podendo seu estudo ser organizado em coberturas vegetadas e não vegetadas. A vegetação desempenha um papel 2000 3000 regulador de umidade e de temperatura 3000 4500 4500 10000 extremamente importante. Tomando-se as Oceano A áreas florestadas como exemplo, observa- se que suas temperaturas serão inferiores 0 500 1.000 km às das áreas vizinhas com outro tipo de Fig. 3.9 Relevo da América do Sul Fonte: SRTM Eduardo V. de Paula. 47</p><p>CLIMATOLOGIA: noções básicas e climas do Brasil cobertura como campo, por exemplo, uma Zênite RSI vez que as copas, os troncos e os galhos das árvores atuam como barreira à radiação RSI solar direta, diminuindo a disponibilidade de Zênite energia para aquecer o ar. ho manto de matéria orgânica formado pelas h1 folhas, frutos e galhos mortos sob as árvores (denominado de serrapilheira), aliado à ação Altura solar (h) e declividade. Para uma das raízes no solo, bem como a diminuição do mesma radiação solar incidente RSI impacto das gotas de chuva sobre o mesmo (h=45°), a concentração de energia na vertente será maior, pois devido à declividade do terreno, o Sol devido à ação das árvores, permitem que os estará incidindo com um ângulo de 90°, concentrando, processos de infiltração d'água no solo sejam assim, mais energia na vertente do que na planície, mais eficientes. Com isso, há o aumento da onde a incidência se dá a capacidade do solo de transmitir o calor absorvido, retardando o tempo de aquecimento do ar. Com o aumento da infiltração d'água e diminuição do escoamento superficial, o ar das superfícies florestadas tem à sua disposição mais água para ser usada nos processos de evaporação e evapotranspiração, o que o torna mais úmido e mais frio. Os processos de troca de energia e umidade entre o solo e o ar são mais diretos e efetivos naquelas superfícies marcadas pela ausência de vegetação, como desertos e rochas aflorantes. Já nas áreas urbaniza- das, esses processos assumem ampla complexidade, em decorrência da diversidade espacial que as superfícies urbanas apresentam e da dinâmica das atividades desenvolvidas nas cidades. Assim, as diferentes feições dos espaços intra-urbanos geram proces- SOS com intensidades distintas de aquecimento da camada de ar em que se inserem, resultando na ocorrência de campos térmicos bem demarcados em seu interior, identificados por ilhas térmicas (frescas e de calor). Contribuem de forma significativa para a geração das ilhas de calor, devido ao calor sensível liberado para o ar pelas ativi- dades de produção, notadamente industriais, de transporte, lazer e mesmo aquelas do cotidiano das populações das cidades. Os mares e oceanos (maritimidade) são fundamentais na ação regula- dora da temperatura e da umidade dos climas. Além de servirem como os principais fornecedores de água para a Troposfera, contro- lam a distribuição de energia entre oceanos e continentes. 48</p><p>3 A INTERAÇÃO DOS ELEMENTOS DO CLIMA COM os FATORES DA ATMOSFERA GEOGRÁFICA Ao contribuírem para a troca de energia entre pontos distantes da Terra, as correntes oceânicas interagem com a dinâmica das massas de ar, definindo áreas secas e áreas chuvosas. Isso porque as águas frias superficiais induzem o ar a se resfriar, inibindo a formação de nuvens e, conseqüentemente, a ocorrência de chuvas. Assim, os locais costeiros banhados por correntes frias apresentam uma tendência a possuírem climas secos. Já as águas quentes superficiais, ao aquecerem o ar, possibilitam a ocorrência de correntes ascen- dentes de ar, permitindo a formação de nuvens e chuvas, o que leva as áreas banhadas por correntes marinhas quentes a apresentarem climas úmidos. Atualmente, com a contribuição das imagens de satélites meteo- rológicos e com os programas de monitoramento do ar e do mar em escala mundial, passou-se a compreender melhor a extensão da interação dos oceanos com a atmosfera no controle da dinâmica da Troposfera, responsável por eventos como o El Niño, entre outros, que serão abordados no Capítulo 7. O aquecimento diferenciado que se verifica entre as águas oceânicas e as superfícies dos continentes, mais lento nas primeiras devido a maior capacidade de reter calor, favorece a redução das amplitudes térmicas diárias das áreas sob influência da circulação marítima. O mecanismo de formação das brisas oceânica e continental, que será apresentado mais adiante, favorece a mistura do ar, reduzindo, assim, os contrastes diários de temperatura, expressos por baixas amplitudes térmicas nessas áreas costeiras. Da mesma forma que a maritimidade, o efeito da continentalida- de sobre os climas se manifesta especialmente na temperatura e na umidade relativa. A continentalidade de um lugar é dada pelo seu distanciamento dos oceanos e mares, que deixam de exercer de forma direta as ações apresentadas anteriormente. Na ausência dos efeitos amenizadores dos oceanos sobre as temperaturas, o aqueci- mento/resfriamento das superfícies continentais ocorre de forma mais rápida e com menor participação da umidade do ar, de modo que, além de serem mais secos, tais locais apresentam amplitudes térmicas diárias acentuadas. 3.1 0 campo térmico: a temperatura do ar A temperatura do ar é a medida do calor sensível nele armazenado, sendo comumente dada em graus Celsius ou Fahrenheit e medida por A equivalência de um dado valor de temperatura 49</p>