4-elementos da climatologia_Rev01

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Hidrologia
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Elementos da Climatologia
• Climatologia à Ciência que trata do clima (conjunto de condições 
atmosféricas que caracterizam uma região, país etc …)
Os tipos de clima das regiões brasileiras decorrem das
movimentações das massa de ar provenientes do Equador
tanto Continental como Atlânticas, dos Trópicos, também
Continental e Atlântica e Polar Atlântica, proporcionando as
diferenciações climáticas segundo o Anuário Estatístico do
Brasil, do IBGE.
• Meteorologia à Ciência que trata dos fenômenos atmosféricos
como variações de temperatura, pressão, etc …
• Tempo à Estado meteorológico da atmosfera à temperatura, 
pressão, vento, etc …
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Climatologia
Meteorologia Leis da física clássica
Técnicas estatísticas
Tempo
Clima
O tempo é o estado da atmosfera em um 
determinado instante e lugar ou é o estado da 
atmosfera com relação aos seus efeitos sobre a 
vida e as atividades humanas.
O clima, se refere as características da atmosfera 
inferidas de observações contínuas durante um 
longo período, como por exemplo 30 anos (normal 
climatológica). É a descrição da média das 
condições temporais predominantes.
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! O clima abrange um maior número de dados que 
as condições do tempo para uma determinada 
área. 
! O clima representa uma generalização, enquanto 
o tempo lida com eventos específicos. 
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Atmosfera
É uma camada fina de gás 
(comparada com o tamanho, 
raio, do planeta), que envolve 
todo o planeta, sendo mantido 
em volta do mesmo pela 
atração gravitacional.
99% da massa da atmosfera 
está contida numa camada de 
~0,25% do diâmetro da Terra 
(~32 km).
Atua como:
§ sede dos fenômenos 
meteorológicos e
§ determinante da qualidade e 
quantidade da radiação solar que 
atinge a superfície.
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Composição da Atmosfera
ar seco, ar úmido e partículas/gotículas (nuvem, precipitação e aerossóis)
Composição do ar seco em pressão parcial de seus componentes:
• nitrogênio.(N2)...................78,09%
• oxigênio.(O2).....................20,95%
• argônio.(Ar).........................0,93%
• dióxido de carbono.(CO2)...0,03%
+ outros gases
Características da atmosfera: o comportamento e estrutura observados na
atmosfera são relacionados com as leis físicas e químicas. As principais
grandezas que caracterizam a atmosfera são os gradientes de temperatura
e pressão. A energia que alimenta o movimento da atmosfera é
proveniente do sol.
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Máxima 
Concentração da
Camada de ozônio
Raios cósmicos
Ondas de radio
Ônibus 
espaciais
Temperaturas aproximadas
Camada de ozônio
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Elementos são grandezas 
(variáveis) que caracterizam o 
estado da atmosfera em um 
dado local e instante: radiação 
solar, temperatura, umidade 
relativa, pressão, velocidade e 
direção do vento. Variam no 
tempo e no espaço e são 
influenciados por certos fatores.
Por exemplo, quanto maior a altitude (fator), menor a 
temperatura e a pressão atmosférica (elementos).
Elementos Meteorológicos / 
Climatológicos:
Fatores Meteorológicos / 
Climatológicos:
Fatores são agentes causais 
que condicionam os elementos 
climáticos. Fatores geográficos 
como latitude, altitude e 
continentabilidade/oceanidade 
afetam os elementos.
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• Flutuação na quantidade de energia solar emitida;
• Aumento ou diminuição do dióxido de carbono
atmosférico;
• Variação na quantidade de poeiras atmosféricas; 
• Modificações nas características da superfície dos 
continentes e dos oceanos. 
Cálculo emissão de CO2: http://www.idec.org.br/climaeconsumo/
Fatores físicos externos capazes de 
modificar o clima: 
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Escala Espacial dos Fenômenos Atmosféricos:
• Fenômenos em escala 
local, em que a 
topografia condiciona o 
clima pelas condições 
do relevo local. 
• A exposição N, S, E ou 
W, a configuração 
(fundo de vale, espigão) 
e o grau de inclinação 
do terreno determinam 
o clima regional,
fundamental sobretudo 
a agricultura.
• Pequena escala 
(microclima), sendo 
função do tipo de 
cobertura (solo 
exposto, gramado, 
floresta, cultura 
rasteira, represa, 
etc), que determina o 
balanço de energia.
• Fenômenos em 
escala regional ou 
geográfica;
• Caracteriza climas 
de grandes áreas 
pelos fatores 
geográficos, como 
latitude e altitude. 
• Escala de foco para 
estudos de 
mudanças 
climáticas.
Macro Meso Micro
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Af Am As Aw BWk BWh BSk BSh Cfa Cfb Cfc Csa Csb Csc Cwa
Cwb Cwc Dfa Dfb Dfc Dfd Dsa Dsb Dsc Dsd Dwa Dwb Dwc Dwd EF ET
World Map of Köppen−Geiger Climate Classification
observed using CRU TS 2.1 temperature and GPCC Full v4 precipitation data, period 1976 to 2000
Main climates
A: equatorial
B: arid
C: warm temperate
D: snow
E: polar
Precipitation
W: desert
S: steppe
f: fully humid
s: summer dry
w: winter dry
m: monsoonal
Temperature
a: hot summer
b: warm summer
c: cool summer
d: extremely continental
h: hot arid
k: cold arid
F: polar frost
T: polar tundra
 
 
−80
−70
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
−90
−80
−70
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
 −160 −140 −120 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
−160 −140 −120 −100 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Resolution: 0.5 deg lon/lat Version of May 2010
http://koeppen−geiger.vu−wien.ac.at
Rubel, F.,
and M. Kottek,
2010: Observed
and projected
climate shifts 1901−2100
depicted by world maps of
the Köppen−Geiger climate
classification, Meteorol. Z., 19, 135−
141. DOI: 10.1127/0941−2948/2010/0430
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Polar
Tropical Equatorial
-
12°C
27°C 27°C
109mm
1300mm 2479mm
Árido ou Desértico
20°C 102mm
BRASIL:
Tropical
Equatorial
Semi-árido
Temperado
Temperado
5°C 575mm
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Climas no Brasil
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Rio de Janeiro
• Cwb: clima temperado
úmido, sem estação seca,
com inverno seco e verão
temperado (temperatura
média do mês mais quente
TEMPERATURA
A energia radiante que atinge a superfície terrestre,
é destinada a alguns processos físicos e, dentre
esses, um (convecção) está relacionado ao
aquecimento do ar e outro (condução) ao
aquecimento do solo.
Estes processos são responsáveis pelas variações
de temperatura nesses meios.
“A temperatura é um índice que expressa a 
quantidade de calor sensível de um corpo”.
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O regime térmico de um solo é determinado pelo aquecimento
de sua superfície pela radiação solar e pelo transporte de calor
sensível ao seu interior, pelo processo de condução.
TEMPERATURA DO SOLO
A variação da temperatura do
solo ao longo do dia e da
profundidade pode ser
estudada a partir da elaboração
de perfis de variação da
temperatura (tautócronas).
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A temperatura do ar é um dos efeitos mais importantes da
radiação solar. O aquecimento da atmosfera próxima à
superfície terrestre ocorre principalmente por transporte de
calor, a partir do aquecimento da superfície pelos raios
solares. O transporte de calor sensível (H) na atmosfera se
dá por 2 processos:
1. condução molecular e
2. difusão turbulenta.
TEMPERATURA DO AR
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• Processo rápido de troca 
de energia, em que 
parcelas de ar 
aquecidas pela 
superfície entram em 
movimento convectivo 
desordenado, 
transportando calor (H), 
vapor, etc, para 
camadas superiores da 
atmosfera. 
• Processo lento de 
troca de H, 
ocorrendo pelo 
contato entre as 
moléculas de ar. 
• Esse processo tem 
extensão espacial 
limitada, ficando 
restrito à camada 
limite superficial. 
1. Condução
Molecular
2. Difusão
Turbulenta
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VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DO AR
Variação Diária Variação Mensal
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O padrão para a medida da temperatura do ar visa
homogeneizar as condições de medida. As medições são feitas
com sensores instalados em um abrigo meteorológico, de 1,5 a
2,0 m de altura e em área plana e gramada.
MEDIÇÃO DA TEMPERATURA DO AR
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CÁLCULO DA TEMPERATURA MÉDIA DO AR
Estação convencional:
INMET:
Estação termopluviométrica:
Estação automática:
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Umidade: conteúdo 
de água em uma 
substância ou 
material.
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Umidade do ar: água misturada de forma homogêna no 
estado gasoso com o ar.
Limite de absorção è saturação (ponto de orvalho)
Ar absorve água e atinge ponto de saturação para 
formar: neblina, chuvisco, gotas de água è
Temperatura + Região + Estação do Ano
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UMIDADE DO AR
• A umidade do ar diz respeito à quantidade de vapor de
água contido na atmosfera.
• Apesar de sua baixa concentração (máximo de 4%), o
vapor de água é um constituinte atmosférico
importantíssimo por interferir na distribuição da
temperatura:
- participa ativamente dos processos de absorção e emissão de calor
sensível pela atmosfera;
- atua como veículo de energia ao transferir calor latente de
evaporação, de uma região para outra, o qual é liberado como calor
sensível, quando o vapor se condensa.
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ÍNDICES DE UMIDADE DO AR
Pressão de vapor de água:
• Baseada na Lei de Dalton das pressões parciais.
• Pressão exercida pela massa real de vapor de água
existente na atmosfera.
• Representada pelo símbolo ea
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Pressão de saturação de vapor de água:
• Baseada na Lei dos Gases Ideais.
• A quantidade e a saturação de vapor de água são
função da temperatura ambiente.
• Pela equação de Tentes: ou
Pressão de saturação do vapor da água no ar 
em função da temperatura do ar.
A = 610,8 Pa (p/ resultados em Pa)
A = 0,6108 Kpa (p/ resultados em Kpa)
A = 4,58 mmHg (p/ resultados em mmHg)
Temperatura T dada em °C 
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Umidade Absoluta (UA): relação entre a massa total de vapor 
de água (mv) pelo volume de ar que o contém (V). 
Pela equação dos gases ideais:
Mv: massa molar
R: constante universal dos gases perfeitos
Umidade de Saturação (US): relação entre a massa total de 
vapor de água (mv) na saturação pelo volume de ar que o 
contém (V). 
ÍNDICES DE UMIDADE DO AR
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Umidade relativa do ar: razão entre o conteúdo real de
umidade de uma amostra de ar e a quantidade de umidade
que o mesmo volume pode conservar sob mesma
temperatura e pressão quando saturado.
(%)
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Para o vapor de água no ar:
Para ea em kPa, MV = 18, 015 g.mol-1, 
R = 8,31x10-3 kPa.m-3 .mol-1.K-1, T em oC, tem-se:
(g.m-3) (g.m-3)
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ESTIMATIVA DA UMIDADE DO AR
Psicrômetro: Constituído de dois
termômetros, um com bulbo seco
(Ts) e outro com o bulbo envolto
em uma gaze sempre umedecida
(Tu), que perde água a uma taxa
dependente da concentração de
vapor de água no ar.
Quanto maior a diferença de
temperatura entre os termômetros,
mais distante a concentração de
vapor no ar está da saturação, ou
seja, a UR está baixa.
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• Com a T do bulbo úmido, pela equação:
ESTIMATIVA DA UMIDADE DO AR
A = 610,8 Pa (p/ resultados em Pa)
A = 0,6108 Kpa (p/ resultados em Kpa)
A = 4,58mmHg (p/ resultados em mmHg)
Temperatura T dada em °C 
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• Pela Equação Psicrométrica
ea = esu – γ.P.(TS-TU) (KPa)
P é a pressão atm (kPa),
Ts e Tu são as temperaturas dos bulbos seco e úmido
(oC),
esu é a tensão de saturação de vapor (es) para Tu e
γ é a constante psicrométrica (0,00067 oC-1 para
psicrômetros ventilados e 0,0008 oC-1 para
psicrômetros não ventilados).
Déficit de Pressão de Vapor (DPV): DPV = es - ea
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Variação da Umidade Atmosférica
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Sensores Capacitivos
• Utilizados em estações
meteorológicas automáticas.
• Constitui-se de um filme de
polímero, que absorve vapor
de água do ar alterando a
capacitância de um circuito
ativo.
ESTIMATIVA DA UMIDADE DO AR
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• Denomina-se pressão atmosférica (p) o peso
exercido por uma coluna de ar, com secção reta
de área unitária, que se encontra acima do
observador, em um dado instante e local.
• Fisicamente, representa o peso que a
atmosfera exerce por unidade de área.
• O estudo da pressão atmosférica é muito
importante, bastando lembrar que, sendo o ar
um fluido, sua tendência é se movimentar em
direção às áreas onde há menor pressão
atmosférica.
PRESSÃO ATMOSFÉRICA
1 mb = 1 hPa = 0,75006 mmHg.
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VENTO
• Vento é o movimento do ar em relação à
superfície terrestre.
• A intensidade e a direção dos ventos são
determinados pela variação espacial do
balanço de energia na superfície terrestre,
que causa variações no campo de pressão
atmosférica, gerando os ventos.
• Em adição, o vento auxilia na remoção do
vapor de água do ar próximo à superfície
para outras regiões
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• A velocidade do vento é uma grandeza
vetorial, em que se mede normalmente
parâmetros de sua componente
horizontal (m.s-1 ou km.h-1).
• A direção do vento é o ponto cardeal de 
onde vem o vento.No Brasil, são 
adotadas oito direções: N, NE, E, SE, S, 
SW, W, NW.
• Nas estações meteorológicas, a 
velocidade do vento é medida por 
anemômetros, a altura padronizada de 
10 m.
VENTO
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• O sol é a fonte primária de toda a energia disponível
aos processos naturais, ocorrentes na superfície da
Terra, cerca de 99,97% da energia necessária aos
processos físicos no sistema Terra-atmosfera são
provenientes do Sol.
• Como a fontede energia do ciclo hidrológico também
é o Sol, os conhecimentos sobre o balanço energético
no sistema Terra-atmosfera é indispensável no estudo
do ciclo hidrológico global.
RADIAÇÃO SOLAR E 
BALANÇO DE RADIAÇÃO
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Energia Eletromagnética: Energia radiante que se propaga no
vácuo à velocidade da luz (3x108m.s-1).
Espectro Eletromagnético: Conjunto de comp. de onda/freqüência
ordenados de forma seqüencial.
RADIAÇÃO SOLAR E BALANÇO DE RADIAÇÃO
Intervalos do E.E.M. com características similares.
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MÉDIA GLOBAL DE FLUXOS DE ENERGIA NA 
ATMOSFERA DA TERRA
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em que, Rn é o saldo de radiação (W.m-2), Q é a
radiação global, Qr é a radiação solar refletida, Qa
é a radiação emitida pela atmosfera e Qs é a
radiação emitida pela superfície.
Q
Q
aQ
r
Q
s
SALDO DE RADIAÇÃO À SUPERFÍCIE 
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Latitude Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
10oN 11,6 11,8 12,1 12,4 12,6 12,7 12,6 12,4 12,2 11,9 11,7 11,5
8oN 11,7 11,9 12,1 12,3 12,5 12,6 12,5 12,4 12,2 12,0 11,8 11,6
6oN 11,8 11,9 12,1 12,3 12,4 12,5 12,4 12,3 12,2 12,0 11,9 11,7
4oN 11,9 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,3 12,2 12,0 12,0 11,9 11,9
2oN 12,0 12,0 12,1 12,2 12,2 12,2 12,2 12,2 12,1 12,1 12,0 12,0
Equador 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,1 12,2
2oS 12,2 12,1 12,1 12,1 12,0 12,0 12,0 12,0 12,1 12,1 12,2 12,2
4oS 12,3 12,2 12,1 12,0 11,9 11,8 11,9 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4
6oS 12,4 12,3 12,1 12,0 11,9 11,7 11,8 11,9 12,1 12,2 12,4 12,5
8oS 12,5 12,4 12,1 11,9 11,7 11,6 11,7 11,9 12,1 12,3 12,5 12,6
10oS 12,6 12,4 12,1 11,9 11,7 11,5 11,6 11,8 12,0 12,3 12,6 12,7
12oS 12,7 12,5 12,2 11,8 11,6 11,4 11,5 11,7 12,0 12,1 12,7 12,8
14oS 12,8 12,6 12,2 11,8 11,5 11,3 11,4 11,6 12,0 12,1 12,8 12,9
16oS 13,0 12,7 12,2 11,7 11,4 11,2 11,2 11,6 12,0 12,1 12,9 13,1
18oS 13,1 12,7 12,2 11,7 11,3 11,1 11,1 11,5 12,0 12,5 13,0 13,2
20oS 13,2 12,8 12,2 11,6 11,2 10,9 11,0 11,4 12,0 12,5 13,2 13,3
22oS 13,4 12,8 12,2 11,6 11,1 10,8 10,9 11,3 12,0 12,6 13,2 13,5
24oS 13,5 12,9 12,3 11,5 10,9 10,7 10,8 11,2 11,9 12,6 13,3 13,6
26oS 13,6 12,9 12,3 11,5 10,8 10,5 10,7 11,2 11,9 12,7 13,4 13,8
28oS 13,7 13,0 12,3 11,4 10,7 10,4 10,6 11,1 11,5 12,0 12,5 13,0
30oS 13,9 13,1 12,3 11,4 10,6 10,3 10,4 11,0 11,9 12,8 13,6 14,1
Dados interpolados da Tabela meteorológica de Smithsonian. 6a edição. 1951 -
Quadro 171
Tabela 4.6. Duração máxima da insolação diária 
(N), em horas, nos meses e latitude de 10ºN a 
40ºS. Os valores correspondem ao 15º dia de 
cada mês.
Tabela 4.5. Radiação solar diária no topo 
da atmosfera (cal/cm2dia)
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Superfície % superfície % superfície %
Concreto 22 grama 24 sorgo 20
solo escuro 
seco
14 batata 20 algodão 21
solo escuro 
úmido
8 beterraba 26 tomate 23
asfalto 7 cevada 24 abacaxi 15
areia branca 37 trigo 24
floresta 
conífera
5 - 15
neve recém 
caída
82 feijão 24
floresta 
folhosa
10 - 20
neve velha 57 milho 20
campos 
naturais
3 - 15
Água 5 Fumo 22 Cidades 14 - 18
Tabela 4.7. Albedo de diversas superfícies.
SALDO DE RADIAÇÃO À SUPERFÍCIE 
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! http://www.caastro.hpg.ig.com.br/composicao.htm
! http://www.inmet.gov.br/html/rede_obs.php
! KOBIYAMA, M. Apostila da disciplina Hidrologia e
Climatologia. Florianópolis: UFSC/CTC/ENS/LabHidro.
! Moreira, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e 
Metodologias de Aplicação. Ed. UFV, 2ª edição. 2003. 307p
! PEREIRA, A. R.; ANGELOCCI, L.R.; SENTELHAS, P.C.
Agrometeorologia – Fundamentos e Aplicações Práticas.
Guaíba. Editora Agropecuária Ltda, 2002.
! PEREIRA, A.R.; NOVA, N.A.V.; SEDIYAMA, G.C.
Evapo(transpi)ração. Piracicaba, SP. Editora FAELQ, 1997.
! SILVA, M. A V. Meteorologia e Climatologia. Recife: Versão
Digital 2, 2006. 463p.
Bibliografia
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