UNIDADE 1 - FUNDAMENTOS DA CLIMATOLOGIA E A DINÂMICA ATMOSFERICA

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FUNDAMENTOS DA CLIMATOLOGIA E A DINÂMICA ATMOSFÉRICA
PROFESSORA: JAYANE LAVOR
UNIDADE 1 - FUNDAMENTOS DA CLIMATOLOGIA E A DINÂMICA ATMOSFÉRICA
TÓPICO 1 – TEMPO, CLIMA E COMPORTAMENTO DA ATMOSFERA 
TÓPICO 2 – ATMOSFERA E ELEMENTOS DO CLIMA 
TÓPICO 3 – SISTEMAS PRODUTORES DE TEMPO
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TÓPICO 1 – TEMPO, CLIMA E COMPORTAMENTO DA ATMOSFERA
Neste tópico, vamos conhecer as diferenças entre tempo e clima e os domínios da meteorologia e da climatologia, ciências estas que, nos últimos anos têm ganhado destaque na mídia, especialmente, em função das mudanças climáticas. Talvez não seja tão fácil conceituar o tempo e o clima, porém, temos uma boa noção de tempo e clima, pois, isto faz parte da nossa vida cotidiana. 
Quando temos uma viagem programada, uma das primeiras coisas que pensamos é no tempo. Informar-se sobre o clima de uma região que se pretende visitar, numa tão esperada viagem de férias, também é bom. 
Se o seu destino é um país ou região com predomínio do clima tropical, não se esqueça de que existem outros fatores que conferem diferentes características para este clima, como a altitude, latitude, continentalidade e maritimidade etc., interferindo, especialmente, nos valores de precipitação e temperatura. 
CONCEITOS DE METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA
Nos últimos anos, os assuntos tempo e clima têm ganhado um espaço muito importante na mídia. Ondas de frio e calor, inundações, aumento da intensidade e frequência de furacões, e, o mais relevante, surgimento de fenômenos em locais onde não se havia registrado antes, como por exemplo, o furacão Catarina que atingiu a Região Sul do Brasil em 2004. Isto coloca em destaque estas duas ciências.
O tempo pode ser estudado com base nas leis da física clássica e constitui o objeto da meteorologia. O tempo meteorológico varia muito sobre a superfície terrestre. Ele é o estado da atmosfera em um determinado momento e local. 
O uso de escalas convencionais permite considerá-lo quente ou frio, úmido ou seco, limpo ou nublado, como comumente ouvimos falar nas previsões do tempo: amanhã o céu ficará claro, com temperaturas variando entre 18-25˚C e umidade relativa do ar de 70%. 
Dessa forma, podemos dizer que o tempo meteorológico prevê o estado da atmosfera em um futuro próximo. O tempo meteorológico é, portanto, uma experiência diária, um estado momentâneo da atmosfera
A palavra ‘clima’ deriva do grego e significa inclinação - ou curvatura - da superfície terrestre. Os gregos acreditavam que as diferenças regionais ocorriam somente do Norte para o Sul, dando origem às zonas polares, temperadas e tropicais. 
Contudo, com as grandes explorações geográficas, a partir de 1450, se admitiu que as variações climáticas não estivessem restritas apenas aos cinturões latitudinais, mas se estendiam por regiões irregulares, sendo influenciadas pela circulação geral da atmosfera e pela distribuição e configuração dos continentes e oceanos (VIANELLO; ALVES, 1991). 
O clima não é estático, parado, ele evolui ao longo do tempo. Isto é algo fácil de observar, não é mesmo? Então, ele, o clima, é uma integração das condições do tempo e está relacionado com as propriedades médias da atmosfera em períodos que variam entre 30-35 anos. 
Para Ayoade (1996), o estudo do clima abrange considerações dos desvios em relação às médias (ou seja, a variabilidade), condições extremas e as probabilidades de frequência de ocorrência de determinadas condições de tempo. Assim, o clima apresenta uma generalização, enquanto o tempo lida com eventos específicos.
Já mencionamos a origem da palavra ‘clima’. Agora, vamos conhecer a origem da ciência, cujo foco de estudo é os processos atmosféricos e a previsão do tempo: a meteorologia. ‘Meteorologia’ também deriva do grego meteoros (elevado no ar) e logos (estudo). 
Os gregos observavam elementos do clima, procurando compreender a relação entre eles. Embora este grande interesse pelo tempo atmosférico seja muito antigo, Ayoade (1996) ressalta que a compreensão do homem sobre os fenômenos do tempo era muito pequena, pois, os povos da antiguidade acreditavam que os fenômenos do tempo eram controlados pelos deuses. 
A meteorologia é um ramo da física que estuda os fenômenos observáveis relacionados com a atmosfera. As condições do tempo investigadas pela meteorologia são descritas através de alguns elementos básicos, medidos regularmente como: tipo e quantidade de precipitação, temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica, velocidade e direção do vento e a interação entre estas variáveis.
Atualmente, é reconhecida como a ciência atmosférica em um sentido mais amplo, com interesse pela física, química e dinâmica da atmosfera. Esta ampla aplicação levou à divisão da meteorologia em várias modalidades, como a meteorologia física, a meteorologia dinâmica e a meteorologia sinótica: 
• A meteorologia física é um ramo da meteorologia que estuda a composição e a estrutura da atmosfera, assim como os processos de transferência de energia da atmosfera. A formação de nuvens e a precipitação, os fenômenos óticos e acústicos, além de outros processos físico-químicos são de domínio desta modalidade de ciência. 
• A meteorologia dinâmica tem como foco o estudo dos movimentos atmosféricos e sua evolução temporal, porém, sua abordagem é baseada nas leis da mecânica dos fluidos e da termodinâmica clássica, base dos atuais modelos atmosféricos de previsão do tempo. 
• A meteorologia sinótica está relacionada com a descrição, análise e previsão do tempo. Ela procede dos métodos empíricos desenvolvidos na 1ª metade do século, especialmente, após a Segunda Guerra Mundial, quando foram implantadas as primeiras redes de estações que forneciam dados simultâneos (sinóticos) do tempo sobre grandes áreas. 
Existe ainda a agrometeorologia, que é um ramo da meteorologia que estuda a influência das condições meteorológicas nas atividades agrícolas. O estudo das relações entre o clima e a produção agrícola é um dos principais campos da climatologia e também da meteorologia, pois o planejamento agrícola depende das condições do tempo. 
Já vimos a diferença entre tempo e clima, a área de atuação da meteorologia e suas modalidades. Agora, vamos conhecer o foco de estudo da climatologia.
A climatologia é o estudo científico do clima. Segundo Vianello e Alves (1991), esta ciência tem como intuito descobrir, explicar e explorar o comportamento normal dos fenômenos atmosféricos, tendo em vista o benefício do homem.
Os autores ainda ressaltam que a climatologia é uma ciência aplicada, não se enquadrando, inteiramente, dentro da ciência meteorológica nem dentro da geografia. Seus métodos são meteorológicos, mas seus objetivos e resultados são, fundamentalmente, geográficos.
Segundo Ayoade (1996), a climatologia está mais preocupada com os resultados dos processos que atuam na atmosfera, do que com suas operações instantâneas. Segundo o referido autor, o campo da climatologia é amplo, o que permitiu o surgimento de subdivisões com base nos tópicos enfatizados ou nas escalas dos fenômenos atmosféricos abordados, como: 
• Climatologia regional: é a descrição do clima de determinadas áreas da superfície terrestre. 
• Climatologia sinótica: é o estudo do tempo e do clima de uma região, com relação ao padrão de circulação atmosférica predominante. Esta é uma nova abordagem para a climatologia regional. 
• Climatologia física: investiga o comportamento dos elementos do tempo ou processos atmosféricos em termos de princípios físicos, com ênfase na energia global e no balanço hídrico da Terra e da atmosfera. 
• Climatologia dinâmica: o foco está nos movimentos atmosféricos em diversas escalas, especialmente, na circulação geral da atmosfera. 
• Climatologia aplicada: dá ênfase à aplicação do conhecimento da climatologia e de seus princípios nas soluções de problemas que afetam a humanidade. 
• Climatologia histórica: é o estudo do desenvolvimento do clima ao longo do tempo.
OBSERVAÇÃO, ANÁLISE E PREVISÃO DO TEMPO ATMOSFÉRICO 
O processode mudança do clima tem levado pesquisadores do mundo todo, governantes e até mesmo a sociedade civil, a dar uma atenção especial à observação, análise e previsão de tempo atmosférico. 
Profissionais de diversas áreas do conhecimento, como a matemática, a física, a meteorologia, programadores, analistas e técnicos trabalham para atender aos objetivos da ciência meteorológica, que é o melhor conhecimento do comportamento da atmosfera e previsão mais confiável dos fenômenos que nela ocorrem. 
Esta necessidade levou à instalação e operação de um sistema global de observações meteorológicas, que deve ser apto a promover a exploração global da atmosfera à superfície e nos níveis superiores da atmosfera, com um curto intervalo de tempo para permitir o monitoramento da origem e desenvolvimento dos fenômenos meteorológicos. Existem limites políticos, diferenças ideológicas, culturais separando os povos, porém os fenômenos meteorológicos são indiferentes a tais distinções. O que existe é uma inter-relação entre os fenômenos meteorológicos, na direção vertical e na direção horizontal, de forma que os fenômenos que se desenvolvem na superfície, interagem com as camadas superiores da atmosfera e vice-versa. 
Como fenômenos meteorológicos e climáticos já foram responsáveis por extinções em massa, a Organização das Nações Unidas (ONU) mantém um órgão especializado denominado ORGANIZAÇÃO METEOROLÓGICA MUNDIAL (OMM). Este órgão que coordena mundialmente todas as atividades meteorológicas de caráter operacional, assim como programas de pesquisas de interesse global.
Um equipamento fundamental da observação e previsão do tempo são os satélites artificiais
O primeiro satélite projetado, especialmente, para observações meteorológicas foi lançado em 1960. Cinco anos depois, foram lançados mais dez satélites. Os satélites são colocados em órbita quase polar, girando em torno da Terra com um período completo da ordem de 100 minutos, ou são situados no plano equatorial terrestre, praticamente, imóvel em relação à superfície da terra, sendo denominados de geoestacionários, localizados a uma altitude aproximada de 36.000 quilômetros. 
Na atualidade, os satélites geoestacionários são os mais empregados na previsão do tempo. Eles oferecem imagens no visível e infravermelho, a intervalo de 30 minutos. Oferecem informações sobre cobertura de nuvens, temperatura, radiação solar, ventos, precipitação etc. A vantagem do uso deste tipo de satélite é a cobertura de grandes áreas, como mostra a figura a seguir, mas a desvantagem é a baixa resolução quando comparados aos satélites de órbitas baixas, como se pode observar.
Atualmente, as experiências com eventos climáticos extremos, como secas prolongadas, ondas de frio e calor, aumento da frequência e intensidade de furacões e até mesmo a ocorrência deste tipo de fenômeno, onde ainda não havia sido registrado, como por exemplo, o furacão Catarina, que atingiu a Região Sul do Brasil, em 2004, torna a previsão do estado futuro da atmosfera de fundamental importância para a sociedade. 
Este tipo de previsão é realizado através de métodos numéricos. Vamos ver quando aconteceu a primeira tentativa para a realização de previsões numéricas? 
Segundo Vianello e Alves (1991), a primeira tentativa para realizar previsões numéricas aconteceu em 1922. Contudo, os resultados não foram satisfatórios. Somente após a Segunda Guerra, com o surgimento dos computadores e o desenvolvimento científico, é que a previsão numérica voltou a ter prioridade para a meteorologia. Com a evolução dos computadores, os meteorologistas introduziram modelos físico-matemáticos mais completos, partindo de modelos válidos para certas regiões do globo até os conhecidos modelos globais.
Os modelos atmosféricos dinâmicos são modelos físicos tridimensionais que simulam o movimento da mistura do ar e vapor de água da atmosfera, assim como as trocas de calor sujeitas a determinadas condições. Os modelos que simulam atmosfera do globo terrestre são denominados de modelos de circulação geral atmosférico. Quando são acoplados com modelos oceânicos, são denominados de modelo de circulação geral. 
Estes modelos possuem uma cobertura de centenas de quilômetros, mas para representar uma região específica não são eficientes, especialmente quando o relevo é importante na formação de precipitação. Neste caso, utilizam-se os modelos regionais que representam apenas uma parte do globo, porém possui uma melhor resolução espacial, pois cobre áreas entre 4 e 40 quilômetros (TUCCI, 2003).
ASPECTOS PRINCIPAIS NA CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA
Antes de estudarmos os aspectos principais da circulação geral da atmosfera, vamos conhecer um importante fator que controla a circulação geral da atmosfera: o momento angular. A atmosfera gira com a Terra, mas também se movimenta sozinha em torno do eixo da Terra. Ela possui então, o momento angular, ou momentum, por unidade de força de massa de um corpo que gira em torno de um eixo fixo. Este momentum é proporcional à sua velocidade e à sua distância do eixo de rotação. Explicando com mais detalhes, com a Terra e a atmosfera girando regularmente, o momento angular permanece constante. 
O que isto significa? 
Se uma massa de ar muda sua posição na superfície terrestre, de maneira que sua distância do eixo de rotação seja afetada, sua velocidade angular deve mudar para a do momento angular, a fim de permanecer a constância. Este momento angular é máximo no Equador, diminuindo em direção aos polos, tornando-se zero neste ponto do globo. 
Nas baixas latitudes predominam os ventos de leste, conhecidos como ventos alísios, enquanto nas latitudes médias predominam os ventos de oeste. É o atrito entre os ventos alísios e a Terra, que gira de oeste para leste, que origina o momento angular de leste nas baixas latitudes.
MODELOS DA CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA
Você já percebeu que são diversos os fatores envolvidos na circulação geral da atmosfera? Isso faz com que esta circulação de grande escala seja bastante complexa, pois seus elementos estão interligados. Eles interagem a tal ponto que, segundo alguns estudiosos, uma simples interferência, ao longo do tempo, pode provocar efeitos inesperados. Uma alusão feita sobre esta teoria, conhecida como ‘efeito borboleta’ é de que um bater de asas de uma borboleta na China pode mudar sistemas de ventos nos Estados Unidos. 
Essa complexidade, segundo Ayoade (1996), associada aos problemas de dados observados tem dificultado o desenvolvimento de um modelo satisfatório da circulação geral da atmosfera. Muitos modelos conceituais (modelos que estudam os possíveis climáticos) já foram apresentados em diferentes épocas por diferentes pessoas. Provavelmente, o primeiro tenha sido proposto por Edmund Halley, em 1686. 
Edmund Halley propôs um modelo de circulação térmica com aquecimento máximo nas baixas latitudes, explicando o fluxo dos ventos alísios em direção ao Equador. Mais tarde (1735), este modelo foi aperfeiçoado por George Hadley, que incorporou os efeitos dos movimentos de rotação da Terra para explicar os alísios de nordeste e de sudeste. Esta circulação meridional plana é conhecida como “célula de Hadley”.
George Hadley supôs que sobre a Terra sem rotação, o movimento do ar teria a forma de uma grande célula de convecção em cada um dos hemisférios. A transferência de energia, do Equador em direção aos polos, poderia ser efetuada com um movimento ascendente nos trópicos, em direção aos polos em altitude e movimento descendente, sobre os polos em direção ao Equador à superfície. 
O que torna a situação mais complexa é que a Terra tem movimento em torno de si mesma, o eixo de rotação é inclinado sobre o plano da órbita e, a percentagem da superfície coberta por continentes é maior no Hemisfério Norte do que no Hemisfério Sul. Isto faz com que exista uma distribuição de energia “ideal” e outra “real”,
CORRENTES OCEÂNICAS E SUAS INFLUÊNCIAS NO CLIMA
Sabemos que, cerca de 75% do planeta Terra é coberto por água. Issojá demonstra a grande importância dos oceanos para a vida na Terra. Os oceanos abrigam inúmeras espécies marinhas, funcionam como sumidouro de dióxido de carbono, servem como via de transporte, e ainda atuam como um regulador do clima global. 
Mas, de que forma? 
Bem, os oceanos armazenam uma grande quantidade de energia solar, liberando progressivamente, esta energia, de modo que a temperatura da água não varie de forma sensível. Esta propriedade de água, conhecida como calor específico, faz dos oceanos um grande regulador do clima e dos fenômenos atmosféricos. 
As correntes oceânicas superficiais funcionam como um enorme radiador para o planeta, pois o alto calor específico da água permite que estas correntes retirem parte do calor armazenado na região tropical e o transportem para as regiões polares, aumentando a temperatura dessa região, a exemplo do que acontece com a circulação geral da atmosfera, que redistribui o calor das baixas latitudes para as médias e altas latitudes. 
A retirada de calor da região tropical leva à redução da temperatura dessa região. Porém, se não houvesse o transporte de calor através destas correntes, os polos seriam mais frios e os trópicos seriam mais quentes. Correntes como as do Golfo e do Brasil transportam o calor retido nos trópicos para as regiões temperadas e polares, aquecendo o clima dessas regiões.
Já sabemos que as correntes transportam calor das regiões mais quentes para as regiões mais frias. Mas, o que impulsiona estas correntes? 
Bom, este fluxo das águas dos oceanos, conhecido como correntes oceânicas, é decorrente da inércia da rotação do planeta Terra, dos ventos e da diferença de densidade das águas, porém o vento é basicamente, a fonte de energia primária para as correntes oceânicas superficiais. 
Oliveira (2001) destaca que as mudanças na direção, velocidade e extensão das correntes oceânicas são consequências diretas de mudanças no campo de vento. Quanto maior a velocidade do vento, maior a força de fricção que atua na superfície do mar. Essa força, resultante do campo de vento na superfície do mar, é conhecida como cisalhamento do vento. O efeito do cisalhamento na superfície do mar é conduzido para as camadas inferiores adjacentes como resultado do atrito interno entre elas. 
TÓPICO 2 -ATMOSFERA E ELEMENTOS DO CLIMA
Se consultarmos um dicionário podemos encontrar algumas definições para a atmosfera como, por exemplo, esfera gasosa que envolve a Terra, constituída essencialmente, de oxigênio e nitrogênio; envoltório gasoso de qualquer corpo celeste; camada de fluido ou suposto fluido que envolve um corpo; o ar que respiramos, ou seja, atmosfera viciada; e até mesmo ambiente mental, social ou moral em que se vive. 
Através destas definições para atmosfera, podemos perceber que, do ponto de vista da meteorologia, astronomia, da biologia, e das ciências sociais, fica implícito que ela é fundamental para o desenvolvimento da vida, pois ela é um envoltório, ela protege, mas ela também interage com a vida que ela cerca. Neste tópico, abordaremos somente a estrutura e a composição da atmosfera terrestre. Quanto às influências do homem sobre a atmosfera e suas implicações, trataremos na Unidade 3
A ATMOSFERA
A atmosfera consiste em uma tênue camada de gases, que envolve e está presa à Terra pela força da gravidade. A atmosfera é composta por um conjunto de partículas sólidas, massas líquidas e elementos gasosos. Estes elementos comportam-se como simples misturas mecânicas e somente em circunstâncias especiais, eles combinam entre si.
 As características físicas da atmosfera são bastante complexas, dificultando uma simulação fiel do seu comportamento em escala de laboratório. Isto ocorre em função das diversas características da crosta terrestre, como as superfícies líquidas, que possuem temperaturas variadas e as superfícies continentais, que possuem diferentes vegetações e topografias. 
Estas são situações físicas que variam no tempo e no espaço, impedindo uma formulação matemática rigorosa (VIANELLO; ALVES, 1991). 
A COMPOSIÇÃO E A ESTRUTURA DA ATMOSFERA
A maior parte da atmosfera é constituída de um reduzido número de elementos. Nela existe um conjunto de gases com concentrações aproximadamente constantes, até cerca de 90 km de altitude, denominados gases “permanentes”, ou “não variáveis”. Os demais gases não apresentam uma concentração fixa, sendo denominados gases “variáveis”. 
Os mais importantes constituintes “permanentes” da atmosfera são: nitrogênio (N2 ), oxigênio (O2 ), argônio (Ar), neônio (Ne), hélio (He), metano (CH4 ), criptônio (Kr), hidrogênio (H2 ), xenônio (Xe). Os gases variáveis são o vapor d’água (H2 O), dióxido de carbono (CO2 ), ozônio (O3 ), dióxido de enxofre (SO2 ), dióxido de nitrogênio (NO2 ) 
A atmosfera se divide em camadas mais ou menos homogêneas, segundo o critério térmico, ou seja, o critério da variação da temperatura do ar com a altitude. Estas camadas são conhecidas como troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera, intercaladas por camadas de transição, entre uma e outra, conhecidas como tropopausa, estratopausa e mesopausa. Estas regiões de transição têm como característica marcante a isotermia, ou seja, temperatura em torno de 0˚
Segundo Ayoade (1996), evidências provenientes de radiossonda, foguetes e satélites indicam que a atmosfera se estrutura em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias. A camada mais próxima da superfície terrestre é a troposfera. Esta camada é considerada a mais importante dentre as demais, do ponto de vista da meteorologia, pois nela se concentra 75% da massa total da atmosfera e quase todo o vapor d’água. 
Esta é a camada onde os fenômenos do tempo atmosférico e a turbulência são os mais marcantes e tem sido descrita como a camada da atmosfera que estabelece as condições do tempo. Nesta camada, a temperatura do ar diminui com a altitude, em média, cerca de 6,5 ˚C por quilômetro. 
A parte superior da troposfera é denominada de tropopausa, sendo caracterizada pela inversão de temperatura que limitam a convecção e outras atividades do tempo atmosférico. 
De acordo com Varejão-Silva (2006), grandes perturbações atmosféricas, como os ciclones, podem estar associadas à elevação ou redução da espessura da troposfera. A troposfera pode ainda ser dividida em três camadas, de acordo com o mecanismo dominante de trocas de energia: a camada laminar, a camada friccional e a atmosfera livre.
A camada laminar marca a interface entre o solo e a atmosfera. Nesta camada, a transferência de energia acontece por meio de condução e as trocas verticais de calor e de umidade são bastante lentas. 
A camada de atrito fica em sua parte superior. Nesta camada, a transferência vertical de calor ocorre principalmente, por meio de turbulência ou por meio de movimentos de redemoinho. 
Acima dela, encontra-se a atmosfera livre, que é a camada livre do efeito de atrito criado pelas irregularidades da superfície terrestre. Esta camada se caracteriza por ventos mais fortes, por não haver resistência friccional, e a transferência vertical de energia ocorre principalmente, através da formação de nuvens
A RADIAÇÃO E BALANÇO DE ENERGIA
Neste tópico, vamos estudar a fonte primária de energia para o nosso Planeta, de onde derivam praticamente, todas as outras formas de vida: a radiação solar. É o aquecimento da superfície terrestre, através da radiação solar, que desencadeia uma série de fenômenos meteorológicos, fundamentais para o desenvolvimento dos seres vivos na Terra. 
Serão ainda abordados duas importantes variáveis para a determinação do tempo e do clima: a temperatura e a umidade.
RADIAÇÃO SOLAR
Antes de falar da radiação solar, vamos conhecer um pouco sobre a fonte desta radiação tão importante para a vida na Terra: o Sol. O Sol é uma esfera gasosa luminosa, cuja superfície apresenta uma temperatura de 6.000 ˚C. A radiação emitida por ele chega até a Terra na forma de ondas eletromagnéticas, que se propagaà razão de aproximadamente 299.300 quilômetros por segundo. Ele fornece 99,97 % da energia utilizada no sistema terrestre (AYOADE, 1996). 
Então, o que é radiação solar? 
Radiação solar é a energia recebida pela Terra, proveniente do Sol. De acordo com Tubelis e Nascimento (1992), ao atravessar a atmosfera terrestre, esta radiação é atenuada pelos seguintes processos: O primeiro deles é a difusão, ou seja, a dispersão desta energia pelas partículas da atmosfera, como as moléculas de gases, cristais e impurezas. O segundo é a absorção por certos componentes atmosféricos para certos comprimentos de ondas, sendo o oxigênio, o ozônio, o dióxido de carbono (gás carbônico) e o vapor d’água os principais absorvedores.
Temos também a radiação terrestre, é quando a superfície da Terra é aquecida pela absorção da radiação solar, torna-se uma fonte de radiação de ondas longas. A radiação terrestre também é conhecida como radiação noturna, já que ela é a principal fonte radiativa de energia à noite. 
BALANÇO DE RADIAÇÃO
O balanço de radiação é a diferença entre a quantidade de radiação que é absorvida e emitida por um determinado corpo ou superfície. De um modo geral, o balanço de radiação é positivo de dia e negativo à noite. Isto não acontece somente ao longo do dia, como explica Ayoade (1996). Ao longo do ano, o balanço de radiação da superfície terrestre é positivo, enquanto o da atmosfera é negativo. 
O autor ainda ressalta, que no sistema Terraatmosfera, o balanço é positivo entre as latitudes de 30 ˚S e 40 ˚N, enquanto é negativo no restante. Existe um balanço praticamente perfeito, entre a quantidade de radiação solar incidente e a quantidade de radiação terrestre (sistema Terra-atmosfera) emitida para o espaço. Se não fosse assim, o sistema Terra-atmosfera estaria progressivamente, se aquecendo ou resfriando.
TEMPERATURA 
A partir de registros diários da temperatura do ar, pode-se conhecer sua variação e tendências, assim como estimar o futuro do clima através de modelos matemáticos. Os impactos na agricultura e consequentemente na economia são os temas mais discutidos hoje. Os registros de temperaturas são feitos a partir de medições.
Mas, como se faz esta medição? 
Antes de falar nisto, vamos definir o que é temperatura. Ayoade (1996) define a temperatura em termos de movimento de moléculas, de forma que quanto mais rápido for o deslocamento mais elevada será a temperatura. Contudo, o autor ressalta que a temperatura do ar, é comumente definida em termos relativos tomando como base o grau de calor que um corpo possui. O calor desloca-se de um corpo que tem uma temperatura mais alta, para outro que possui temperatura mais baixa. Portanto, a temperatura de um corpo é o grau de calor medido por um termômetro
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
Existem várias escalas usadas para expressar as temperaturas: a Fahrenheit, a centígrada ou Celsius e a Kelvin, também conhecida como escala de temperatura absoluta. De modo geral, as temperaturas são expressas em graus centígrados ou em graus Celsius. 
Para algumas aplicações usa-se a escala de temperatura Kelvin. De acordo com Varejão-Silva (2006), a escala Celsius ou centígrada (°C) é, internacionalmente, aceita e recomendada para o intercâmbio de dados. A escala Kelvin (K) é empregada para fins científicos. Alguns países ainda conservam o uso da escala Fahrenheit, que é convertida para Celsius da seguinte maneira:
VARIAÇÕES ESPACIAIS NA TEMPERATURA 
As variações espaciais da temperatura podem ser afetadas pelas quantidades de nuvens e outros componentes atmosféricos, como os aerossóis e o CO2 . Contudo, o principal controle sobre volume de insolação que uma determinada região recebe é exercido pela latitude. A variação da insolação recebida se dá em função da latitude, pois o ângulo de incidência dos raios solares e a duração do dia em qualquer lugar são determinados pela localização latitudinal de um lugar. 
A temperatura do ar varia em função do lugar e com o decorrer do tempo. Normalmente, a distribuição da temperatura de uma determinada área é mostrada através das linhas isotérmicas (linhas que unem pontos com valores iguais de temperatura média), enquanto a variação da mesma em escala temporal é mostrada através de gráficos. 
São vários os fatores que influenciam na distribuição da temperatura sobre a superfície terrestre ou em parte dela. Dentre elas podemos citar: a quantidade de insolação recebida, a natureza da superfície, a distância a partir dos corpos hídricos, o relevo, a natureza dos ventos predominantes e as correntes oceânicas. 
Nas regiões temperadas, o índice de variação térmica varia notadamente, com a estação do ano, sendo mais elevado no verão que no inverno. Nos trópicos este índice varia menos com a estação, porém, ele é geralmente maior na estação seca do que na estação chuvosa. 
Mas por quê?
Isto acontece porque, sob as condições de céu nublado, os efeitos da radiação são reduzidos significativamente, e é por esta razão que os índices de variação térmica são mais elevados nos trópicos secos, do que nas proximidades do Equador. 
Já os ventos e as correntes oceânicas exercem influências sobre a distribuição espacial da temperatura do ar da seguinte maneira: os ventos e as correntes oceânicas transportam ou transmitem “calor” ou “frio”, por advecção (processo de difusão, ou seja, espalhamento de qualquer forma de energia) e uma região para outra. Um bom exemplo disso são as temperaturas de inverno no noroeste da Europa. As temperaturas de inverno da Europa são cerca de 11 °C mais elevadas, do que deveriam ser.
VARIAÇÕES SAZONAIS NA TEMPERATURA
As variações sazonais de temperatura têm uma relação direta com as variações sazonais no volume de insolação recebido nas diversas regiões do globo. Como podemos observar, as temperaturas são mais altas no verão, quando os volumes de insolação são maiores, e mais baixas no inverno, quando este volume é mais baixo. 
Temos ainda que ressaltar que estas variações sazonais da temperatura do ar são maiores nas regiões extratropicais, especialmente no interior dos continentes, enquanto são mais baixas em torno da faixa equatorial, em especial nas superfícies hídricas, pois a superfície continental se aquece e se resfria mais rapidamente, do que a superfície hídrica. 
Com o aumento da latitude, os dias tornam-se mais longos durante o verão e as noites mais curtas. No inverno, a situação se inverte, as noites são mais longas e os dias mais curtos. Esta variação não é observada na faixa equatorial e na maior parte dos trópicos, onde os dias e as noites possuem mais ou menos a mesma duração. 
UMIDADE
A umidade é a quantidade de vapor d’água contida na atmosfera, não abrangendo outras formas, nas quais a água possa estar presente na atmosfera, como a forma líquida e a sólida. Sua quantidade varia de um lugar para outro ao longo do tempo em determinada localidade. O vapor d’água surge na interface globo-atmosfera, misturando-se ao ar por difusão turbulenta, sendo transportado rapidamente, pelas correntes aéreas. Ao encontrar condições favoráveis, volta ao estado sólido ou líquido. 
Ao entrar na atmosfera, o vapor d’água leva consigo o calor latente, consumido na passagem do estado inicial, sólido ou líquido, para o gasoso, transferindo-o, posteriormente, ao ambiente quando volta ao seu estado líquido ou sólido. Isto faz desse elemento um eficiente veículo de calor, transportando energia das áreas mais quentes para as mais frias do planeta. 
Segundo Ayoade (1996), ele pode variar de quase zero, nas regiões quentes e áridas, até um máximo de 3% nas latitudes médias e 4% nos trópicos úmidos. O autor ainda relata o particular interesse dos meteorologistas e climatologistas na sua quantidade e distribuição no espaço e no tempo, a saber: 
TÓPICO 3 - SISTEMAS PRODUTORES DE TEMPO
Sistemas produtores de tempo são sistemas de circulação acompanhados por padrões e tipos característicos de tempo. Quando uma frente fria se aproxima de uma determinada região, logo a associamosà ocorrência de tempestade. 
Bom, a explicação mais simples para isso é que o ar frio avança e vai substituindo o ar quente e úmido, aumentando a formação de nuvens, ocasionando precipitação intensa.
AS MASSAS DE AR
De acordo com Varejão-Silva (2006), a expressão massas de ar é usada, em meteorologia, para designar uma grande porção da atmosfera, que cobre milhares de quilômetros da superfície terrestre, apresentando uma distribuição vertical de temperatura e umidade, aproximadamente uniforme. Isto significa que em uma determinada altitude, a temperatura do ar e a umidade tem um valor, aproximadamente igual em qualquer ponto do interior da massa de ar.
Segundo o autor, uma massa de ar se forma quando uma porção considerável da atmosfera entra em contato prolongado com uma vasta região, com características quase homogêneas, como oceanos, grandes florestas, extensos desertos e campos de gelo. Quanto mais demorado for o contato com a superfície, mais espessa será a camada de ar atingida pela sua influência. 
Mas, para que este longo contato se estabeleça, é necessária uma condição dinâmica: a presença de um grande anticiclone na região, assegurando divergência à superfície, o que implica a ocorrência de ventos fracos, que provocam turbulência mecânica. Por sua vez, essa turbulência é imprescindível à mistura do ar e distribuição espacial de suas propriedades físicas. Na ausência de vento, a camada atmosférica, alterada por influência da superfície, seria muito menos espessa. Entretanto, se a velocidade do vento for grande, haveria intensa turbulência, atingindo uma camada atmosférica muito mais espessa, dificultando a formação da massa de ar.
As mais importantes fontes produtoras de massas de ar são: 
• As planícies árticas da América do Norte, Europa e Ásia. 
• Os oceanos tropicais e subtropicais. 
• O deserto do Saara na África. 
• O interior continental da Ásia, Europa e América do Norte.
CLASSIFICAÇÃO DAS MASSAS DE AR
De acordo com a região do planeta em que as massas de ar se originam, podem ser classificadas em polares (p), que ocorrem nas proximidades dos polos e tropicais (t), quando se formam nas zonas tropicais de alta pressão. As massas de ar são subclassificadas em marítimas (m) e continentais (c) conforme tenham surgido no oceano ou no continente, sendo as massas continentais, relativamente secas se comparadas às marítimas. 
Já sob o ponto de vista termodinâmico, as massas são classificadas quanto à temperatura e à umidade. Quanto à temperatura subdividem-se em quentes e frias. Neste caso, a comparação é obtida no mesmo nível. No que se refere à umidade, as massas de ar se subdividem em secas e úmidas, cuja distinção é feita com base na temperatura e na temperatura do ponto de orvalho que o ar apresenta. Quanto maior for a diferença entre essas temperaturas, menos úmida será a massa de ar.
Quanto maior for o tempo em que uma massa permanece em sua área de origem, maior será a influência exercida pelas características térmicas e hídricas da mesma. Contudo, à medida que uma massa de ar se afasta de sua região de origem, ela vai se modificando em suas características térmicas e hídricas. V
Nas grandes cidades os dias de inversão térmica dificultam a dispersão dos poluentes, ocasionando desconforto para seus moradores, por reter a poluição em uma camada de ar fria que fica presa ao chão, como se pode observar na figura a seguir.
Se acontecer o contrário, a superfície for mais quente que a massa de ar, a queda da temperatura aumenta e a massa de ar ficará mais instável. Neste caso, pode haver perda de umidade como resultado da modificação térmica.
MASSAS DE AR ATUANTES DA AMÉRICA DO SUL
Como vimos no tópico anterior, as massas são o resultado das variações na intensidade do aquecimento que ocorre próximo à superfície da Terra, assim como da disponibilidade de água. Sua classificação está baseada nas diferenças de temperatura (polar ou tropical) e umidade (continental ou marítima). 
A América do Sul recebe influência, principalmente, das massas de ar polares provenientes da Antártida, que atingem as regiões Sul e Sudeste do Brasil, contribuindo para o aumento da precipitação média nas áreas que atravessam. 
Mas, estas massas podem alcançar a Região Nordeste, especialmente a Bahia, e eventualmente o Recife, porém já modificadas. Podem atingir a Região Amazônica deslocando-se pela vertente oriental dos Andes, provocando as conhecidas “friagens” (VAREJÃO-SILVA, 2006). 
SUPERFÍCIES FRONTAIS E FRENTES
Quando duas massas de ar de diferentes características se encontram, não se misturam imediatamente. A massa de ar mais quente, por ser menos densa, se sobrepõe à massa de ar menos quente, que possui maior densidade. A zona de transição onde ocorrem mudanças bruscas de temperatura, onde se verifica a mistura do ar, é denominada de zona frontal ou frente. De modo geral, esta camada possui vários quilômetros de extensão. Dessa forma, o gradiente de temperatura ao longo da frente é muito forte, comparado aos fracos gradientes que se verificam dentro das massas de ar.
CLASSIFICAÇÃO DAS FRENTES 
As frentes se classificam de acordo com as características térmicas das massas de ar que as acompanham, em quentes e frias. As frentes frias tendem a se deslocar das altas latitudes em direção às baixas latitudes, enquanto as frentes quentes fazem o sentido oposto, do Equador em direção aos polos. Vamos conhecer agora as características das frentes. 
FRENTE FRIA 
Uma frente é fria quando sua passagem por uma região provoca a substituição do ar quente pelo ar frio. Dessa forma, a massa de ar pré-frontal é quente e a massa de ar pós-frontal é fria como mostra a figura a seguir. 
FRENTE QUENTE 
Uma frente é dita quente, quando sua passagem por um determinado local ocasiona a substituição do ar frio por ar quente.
CICLONES TROPICAIS
Os ciclones tropicais são grandes perturbações na atmosfera terrestre. Um ciclone tropical se caracteriza por um centro ciclônico quase circular, com pressão muito baixa, onde os ventos giram em espiral. Seu diâmetro varia entre 160 a 650 quilômetros e a velocidade dos ventos varia de 120 a 200 km/h, aproximadamente.
É grande a diferença de pressão entre o centro do ciclone e suas adjacências que geram ventos tão intensos, que podem ultrapassar 300 km/h em grandes ciclones. Seu giro característico, no sentido anti-horário no Hemisfério Norte e horário no Hemisfério Sul, é inicialmente, causado pela força de Coriolis. 
Estes ciclones são bem conhecidos por causarem danos generalizados e pelo perigo que causam à navegação e aviação. Eles não se originam na superfície terrestre e se enfraquecem quando se deslocam sobre o continente e sobre superfícies aquáticas frias. Um destaque importante que se dá a este tipo de ciclone, é que eles se formam em todos os oceanos tropicais, com exceção do Atlântico Sul.
CICLONES TROPICAIS
Eles recebem várias denominações, dependendo da região, como furacões e tufões, mas independente de onde ocorram, eles tendem a surgir no verão. Vamos conhecer duas importantes condições que favorecem o desenvolvimento de um ciclone tropical: 
● uma ampla área oceânica com temperatura superficial acima de 26,7˚C, para que o ar acima dela seja quente e úmido; 
● força de Coriolis forte o suficiente para causar uma circulação em vórtice do ar; é por esta razão que os ciclones não se formam entre os paralelos de 5-8˚ ao sul e ao norte do Equador.
CICLONES EXTRATROPICAIS
São os ciclones que se desenvolvem, principalmente nas médias latitudes, que se deslocam, normalmente, de Oeste para Leste, seguindo o escoamento global. Diferente dos ciclones tropicais, formados por diversas bandas nebulosas, compostas por nuvens convectivas, os ciclones extratropicais se caracterizam por um único braço nebuloso, em forma de espiral, em torno de centros de baixa pressão, onde ar quente e úmido alterna-se com o ar frio e seco. Estes centros migratórios de baixa pressão se formam em decorrência da convergência das massas de ar,sendo uma quente e outra fria, como mostra a figura a seguir.
Vamos encerrar este tópico identificando as diferenças entre tufões, furacões, tornados e trombas d’água. 
De modo geral, o tornado pode ser definido com sendo um fenômeno natural no qual uma coluna de ar gira violentamente, entre uma nuvem convectiva e a superfície da Terra. Na escala de classificação dos fenômenos atmosféricos, é a mais destrutiva de todas as tempestades e pode ocorrer em qualquer parte do mundo, desde que haja condições favoráveis. Eles podem ser medidos pela escala Fujita, que é a escala que mede a intensidade dos tornados. Este fenômeno é observado com maior frequência nos Estados Unidos, numa área confinada entre as Montanhas Rochosas e os Montes Apalaches. 
Tornado vem do espanhol, tornada, que significa tempestade. Eles se formam em nuvens carregadas, onde as intensas correntes ascendentes de ar chegam perto de uma forte corrente descendente. Este fenômeno tende a acontecer durante a maioria das tempestades violentas, muitas vezes com a chegada de frentes frias, onde o ar quente é forçado a subir rapidamente. 
Como se observa na figura, correntes de ar fluem para dentro e para cima. Esta instabilidade pode fazer com que o movimento de expansão do ar quente que sobe, ocorra em forma de espiral. 
E um tufão? 
O tufão é um ciclone tropical, como os furacões, mas ele ganha esta denominação se ocorrer no Pacífico Ocidental, mais exatamente, no mar da China. Isto quer dizer que nunca se vai ouvir falar de um furacão na China ou de um tufão nas Caraíbas. A próxima figura mostra os tufões Saola e Damrey no Oceano Pacífico Ocidental
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