1_Atmosfera_Terrestre_2015-1

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CCA 035
Meteorologia e Climatologia Agrícola
Prof. Aureo Oliveira
Tópico I
Densa cobertura de nuvens sobre o Oceano Pacífico (04/01/2013). Foto: Estação Espacial Internacional
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais
3. Dimensão relativa
4. Composição
5. Estrutura vertical
6. Funções da atmosfera
A Atmosfera Terrestre
6. Funções da atmosfera
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
� A atmosfera é o 
envelope gasoso da 
Terra! 
� É uma mistura de 
variados gases, 
partículas sólidas 
microscópicas 
INTRODUÇÃO 
microscópicas 
(orgânicas e inorgânicas) 
e gotículas de água.
� Variabilidade temporal 
e espacial das 
propriedades.
Figura 1. O planeta Terra como visto do espaço. 
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa
4. Composição
5. Estrutura vertical
6. Funções da atmosfera
A Atmosfera Terrestre
6. Funções da atmosfera
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
ATMOSFERA
(Ar)
HIDROSERA
(Água)
BIOSFERA
AS ESFERAS AMBIENTAIS 
LITOSFERA
(Rocha)
(Vida)
BIOSFERA
Figura 2. Concepção didática da interdependência entre as esferas ambientais. 
O CICLO O CICLO HIDROLÓGICOHIDROLÓGICO
Evaporação e transpiração
Precipitação
Advecção
Condensação
Precipitação
Evaporação
Escoamento 
superficial
AS ESFERAS AMBIENTAIS 
Fluxo 
subsuperficial
Figura 3. Processos físicos do ciclo da H2O exemplificam a interação entre as esferas ambientais. 
[AGUADO & BURT, 2010]
superficial
NN22
NN22
Fertilizantes Fertilizantes 
nitrogenados nitrogenados 
NitratosNitratos
F
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m
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aFigura 4. 
AS ESFERAS AMBIENTAIS 
NN22
NitratosNitratos
NitritosNitritos
NitratosNitratos
Assimilação Assimilação 
pelas raízespelas raízes
Desnitrificação Desnitrificação 
por bactérias por bactérias 
em sedimentos em sedimentos 
oceânicosoceânicos
Compostos Compostos 
nitrogenadosnitrogenados
Fixação por Fixação por 
bactérias do bactérias do 
solosolo
Ação de bactérias Ação de bactérias 
na MOna MO
Ação de bactérias Ação de bactérias 
sobre os nitritossobre os nitritos
D
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m
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s
f
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r
i
c
aFigura 4. 
Interação entre 
as esferas 
ambientais 
através do ciclo 
do N, 
contemplando 
elementos das 
quatro esferas.
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição
5. Estrutura vertical
6. Funções da atmosfera
A Atmosfera Terrestre
6. Funções da atmosfera
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
26 km
48% da massa 
atmosférica
• Pode chegar a uma altura de 
até 10.000 km, a partir da 
superfície. Limite superior para 
fins práticos = 100 km;
• Mais de 50% da massa da 
atmosfera encontra-se na 
camada de 0 a 6 km;
• Massa da atmosfera = 5,44 x 
1015 kg.
DIMENSÃO RELATIVA
50% da massa 
atmosférica
6 km
Nível do mar
Mt. Mckinley 
(Alaska, USA) 
6.19 km
• Espessura ≈ 2% do raio da Terra (≈
6.500km);
• Os movimentos atmosféricos são 
primordialmente horizontais → 
diferenças de pressão atmosférica, 
maiores velocidades; 
• Deslocamentos verticais do ar ( 
velocidades menores), têm grande 
impacto nas condições 
atmosféricas [transporte de massa 
(ex., vpd) e energia (calor)]. 
Figura 5. Aspectos da dimensão relativa da atmosfera terrestre. [AGUADO & BURT, 2010]
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical
6. Funções da atmosfera
A Atmosfera Terrestre
6. Funções da atmosfera
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
• Gases primários
→ Compreendem os principais constituintes 
gasosos da atmosfera.
Permanentes (concentração estável)
• Nitrogênio, N2
• Oxigênio, O2
• Argônio, Ar
Variáveis
• Vapor d’água, H2O
Tabela 1. Principais gases da atmosfera terrestre.
[AGUADO & BURT, 2010]
CONSTITUIÇÃO: de que é feita a atmosfera?
• Dióxido de carbono, CO2
• Ozônio, O3
• Dióxido de enxofre, SO2
• Dióxido de nitrogênio, NO2
• Os gases permanentes constituem + 
de 95% da massa total da 
atmosfera.
• A concentração dos gases em geral 
varia com a altitude. 
CONCENTRAÇÃO DE GASES PERMANENTES x ALTITUDE
A
 
(
k
m
)
CONSTITUIÇÃO: de que é feita a atmosfera?
Concentração à base de volume (%)
A
 
(
k
m
)
Figura 6. Distribuição vertical de alguns constituintes permanentes da atmosfera. [PETTY, 2008]
• Aerossóis
Compreendem os constituintes não-gasosos da atmosfera (partículas 
sólidas em suspensão), originados de processos naturais ou atividades 
humanas. 
� Natureza orgânica (grãos de pólen, bactérias, etc) e 
inorgânica (poeira, sal marinho, etc); 
� Quimicamente ativas (sal marinho, compostos de 
CONSTITUIÇÃO: de que é feita a atmosfera?
� Quimicamente ativas (sal marinho, compostos de 
enxofre, etc.) ou inertes (partículas minerais do solo);
� Os aerossóis interagem com a radiação solar 
(refletem, espalham e absorvem).
Incêndios florestais
Emissão de poluentes
� Processos, naturais ou antrópicos, 
na interface superfície-atmosfera que 
afetam a constituição atmosférica em 
diferentes escalas de tempo (curto, 
médio e longo prazo) e de espaço 
(micro, meso e macro).
CONSTITUIÇÃO: de que é feita a atmosfera?
Tempestades de areia
Atividade vulcânica
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
Mesopausa
Termosfera
Termosfera
→Estratificação dos gases;
→T aumenta com a altura.
Mesosfera
Mesosfera
→Entre 50 e 80 km de altura;
→T diminui com a altura;
→T = -95oC no seu limite 
superior.
Estratosfera
→Reduzida concentração de 
ESTRUTURA VERTICAL
Temperatura
Tropopausa
Estratopausa
Concentração 
máxima de O3
Estratosfera
→Reduzida concentração de 
nuvens;
→Efeito do atrito é nulo;
→T aumenta com a altura;
→O3 é um dos principais 
constituintes.
Figura 7. Estratificação atmosférica com base na 
temperatura. [AGUADO & BURT, 2010]
Troposfera Troposfera
►10 a 15 km iniciais;
►T diminui com a altitude;
►Onde a influencia da 
superfície é maior, incluindo 
atividades humanas;
►Principais fenômenos 
meteorológicos. 
[Exemplo Prático 01] Com base no perfil de temperatura do ar apresentado 
anteriormente, pede-se:
(a) Checar o gradiente vertical de temperatura médio na Troposfera ( ) entre 
os limites de -8 a -6 °C/km; 
[Na Troposfera o gradiente é a primeira derivada da temperatura T (°C) em relação a
ESTRUTURA VERTICAL
dA
dT
[Na Troposfera o gradiente é a primeira derivada da temperatura T (°C) em relação a
altitude A (km) na equaçãoda reta T=f(A), ou simplesmente a inclinação da reta. O
valor a ser encontrado depende dos pares ordenados adotados para obtenção da
equação da reta. Exemplo de dT/dA = -6,6°C/km.]
(b) Estimar a temperatura do ar (°C) a 5500 m de altitude; [-17,75°C]
(a)Estimar a que altura na Troposfera a temperatura do ar se aproxima de 
zero. [≈2,70 km]
[Exercício Proposto 01] Com base no perfil de temperatura do ar apresentado 
anteriormente, pede-se:
(a) Determine o gradiente vertical de temperatura médio (dT/dA) na 
Estratosfera; 
ESTRUTURA VERTICAL
(b) Como no Exemplo Prático 01, estimar a temperatura do ar (°C) a 15 e 30 
km m de altitude. Comparar os resultados com o gráfico. O que Vc conclui!
(a)Estimar a que altura na Estratosfera a temperatura do ar se aproxima de 
zero. Comparar o resultado com o gráfico. O que Vc conclui!
Pólo 
Norte
8 km
18 km
� A espessura 
da Troposfera 
varia no espaço, 
ESTRUTURA VERTICAL
varia no espaço, 
sendo maior no 
Equador 
relativamente 
aos pólos.
Figura 8. Variação espacial da espessura da Troposfera. [AGUADO & BURT, 2010]
Posição média da tropopausa no verão
9
12
15
A
l
t
i
t
u
d
e
 
(
k
m
)
∆h?
ESTRUTURA VERTICAL
Posição média da tropopausa no inverno
Nível do 
mar
3
6
9
A
l
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u
d
e
 
(
k
m
)
Figura 8. Variação temporal (anual) da espessura da Troposfera. [AGUADO & BURT, 2010]
Decréscimo 
da 
Decréscimo 
da pressão 
do ar.
)(W
Constituinte 
gasoso da 
atmosfera.
Coluna de 
ESTRUTURA VERTICAL
da 
densidade 
do ar. 
)(
)(
3
m
kg
V
M
=ρ
)(
)(
2
m
N
atm A
WP =
Coluna de 
ar
Nível do mar
Para pensar!! “A 
densidade do ar 
depende da 
temperatura?” 
Para pensar!! “A 
temperatura do ar 
influencia a pressão 
atmosférica?” 
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificação com base na temperatura
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera: a camada de ozônio 
7. Aquecimento global
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
Função protetora: incidência de radiação nociva ao
seres vivos (filtra a radiação eletromagnética →
processos de atenuação).
Função reguladora: evita variações bruscas de
temperatura e regula a distribuição de calor no sistema
A Atmosfera – Importância e funções 
temperatura e regula a distribuição de calor no sistema
(movimento de massas de ar).
Função supridora: supri a demanda de O2 para
respiração (micro e macroorganismos) e a de CO2 para
fotossíntese (plantas clorofiladas).
A Atmosfera: Estrutura Vertical
[Exercício Proposto 02] Em relação ao papel do ozônio O3 na 
atmosfera, pesquise sobre:
(a) Qual a natureza (o que significa) do que se denomina “Buraco 
da Camada de Ozônio”;da Camada de Ozônio”;
(b) De que maneira o O3 atua como elemento filtrante para a 
radiação ultravioleta (UV) na alta atmosfera;
(c) O O3 garante 0% de radiação ultravioleta (UV) ao nível da 
superfície terrestre? Em caso negativo, porque a eficiência do 
O3 não é de 100%?
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificação com base na temperatura
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera: a camada de ozônio 
7. Aquecimento global: o papel do CO2 e outros constituintes atm
8. Resumo
9. Vocabulário
10.Referências
AQUECIMENTO GLOBAL
� Aquecimento Global refere-se ao aumento de temperatura da atmosfera (efeito 
estufa), associado ao estilo moderno de vida, caracterizado pelo consumo, poluição e 
degradação ambiental.
�Efeitos e impactos do aquecimento global têm sido diagnosticado e prognosticado 
pelo IPCC/ONU – Painel Intergovernamental para Mudanças Climáticas [www.ipcc.ch] 
�O efeito estufa (greenhouse effect) é um fenômeno natural. A atmosfera absorve 
parcialmente as emissões de onda longa pela superfície terrestre. É um mecanismo 
natural de equilíbrio térmico do sistema superfície-atmosfera.
C
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n
c
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o
 
d
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C
O
2
(
p
p
m
)
�O constituinte gasoso CO2 (dióxido de carbono) é considerado um gás de efeito estufa e 
está no centro das discussões sobre aquecimento global!
AQUECIMENTO GLOBAL
CO2
C
o
n
c
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r
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ã
o
 
d
e
 
C
O
Tempo (ano)
Figura 9. Variação temporal da concentração de CO2 (ppm) na atmosfera terrestre. [AGUADO & BURT, 2010]
C
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c
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d
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C
H
4
(
p
p
b
)
CH4
AQUECIMENTO GLOBAL
Outro vilão do 
aquecimento global!!
C
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n
c
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o
 
d
e
 
C
H
Tempo (ano)
Figura 10. Concentração de CH4 (ppb) na atmosfera terrestre no período de 1984 e 2005. 
[AGUADO & BURT, 2010]
AQUECIMENTO GLOBAL
Desmatamento + pecuária = fontes antrópicas de gases de efeito estufa CO2 e
CH4.
Efeito Estufa vs. 
Eventos Climáticos 
Extremos
AQUECIMENTO GLOBAL
Secas
Nevascas
Enchentes
270 ppm CO2 – 1850
315 ppm – 1957
360 ppm – 2002
540-970 ppm – 2100 
Elevação da 
Aquecimento e Derretimento Aquecimento e Derretimento de de 
GeleirasGeleiras
AQUECIMENTO GLOBAL
Elevação da 
temperatura global
1,5 a 5oC → 2100
Elevação do nível dos 
mares
50 cm a 1 m → 2100
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificação com base na temperatura
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera: a camada de ozônio 
7. Aquecimento global: o papel do CO2 e outros constituintes atm
8. Resumo: revisão e relevância
9. Vocabulário
10.Referências
� Não existe uma fronteira rígida entre a atmosfera e o espaço exterior. À medida que a altitude
aumenta, a atmosfera torna-se mais rarefeita e constituintes podem ser encontrados a milhares de 
quilômetros distantes da superfície terrestre. 
RESUMO
� Usando-se a temperatura como critério, a atmosfera pode ser dividida nas seguintes camadas: 
troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera. A troposfera caracteriza-se pela intensa mistura 
vertical das propriedades do ar (vertical mixing). O fluxo ascendente de calor (período diurno e 
verão) faz a espessura da troposfera aumentar. A espessura diminui à noite e no inverno. 
�A atmosfera desempenha relevantes funções: proteção contra radiação nociva do exterior; 
suprimento de gases para relevantes processos biogeoquímicos, a exemplo da respiração e 
fotossíntese; e equalização térmica pelo transporte de calor de regiões quentes para regiões frias.
� O aquecimento global (global warming) traduz o aumento médio da temperatura do sistema 
Terra-Atmosfera. Os principais gases de efeito estufa são: vapor d’água (H2O[v]), dióxido de 
carbono (CO2) e metano (CH4). Considera-se relevante a contribuição do Brasil ao aquecimento 
global via desmatamento e atividade agropecuária.
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificaçãocom base na temperatura
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera: a camada de ozônio 
7. Aquecimento global: o papel do CO2 e outros constituintes atm
8. Resumo: revisão e relevância
9. Vocabulário: termos para fixação
10.Referências
VOCABULÁRIO
1. Aerossol (aerosol)
2. Ar (air)
3. Atmosfera (atmosphere)
4. Biosfera (biosphere)
5. Camada de ozônio (ozone layer)
6. Clima (climate)
7. Climatologia (climatology)
� [Exercício Proposto 03] Pesquise, além do conteúdo da sala de aula, definições
“completas” e monte seu próprio vocabulário para se familiarizar com as principais
palavras e expressões do domínio da Meteorologia e Climatologia. A segunda coluna
corresponde à grafia em Língua Inglesa.
7. Climatologia (climatology)
8. Estratopausa (stratopause)
9. Estratosfera (stratosphere)
10. Geosfera (geosphere)
11. Hidrosfera (hydrosphere)
12. Ionosfera (ionosphere)
13. Mesopausa (mesopause)
14. Mesosfera (mesosphere)
15. Meteorologia (meteorology)
16. Tempo meteorológico (weather)
17. Termosfera (termosphere)
18. Tropopausa (tropopause)
19. Troposfera (troposphere)
1. Introdução: definição e aspectos gerais
2. As esferas ambientais: interação e integração dos elementos 
3. Dimensão relativa: extensão e massa
4. Composição: constituintes gasosos e não-gasosos
5. Estrutura vertical: estratificação com base na temperatura
A Atmosfera Terrestre
estratificação com base na temperatura
6. Funções da atmosfera: a camada de ozônio 
7. Aquecimento global: o papel do CO2 e outros constituintes atm
8. Resumo: revisão e relevância
9. Vocabulário: termos para fixação
10.Referências: consultadas e recomendadas
AGUADO, E.; BURT, J. E. Understanding Weather and Climate. 5th ed. New York, NY: 
Prentice-Hall, 2010. 586p.
PETTY, G. W. A. First Course in Atmospheric Thermodynamics. Madison, WI: Sundog 
Publishing, 2008. 336p. 
REFERÊNCIAS: consultadas
REFERÊNCIAS: recomendadas
VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. Recife, PE: 2005. 516p. (Versão digital) 
REFERÊNCIAS: recomendadas
BÍSCARO, G. A. Meteorologia Agrícola Básica. Cassilândia, MS: 2007. 87p. (Versão digital) 
LUTGENS, F. K.; TARBUCK, E. J. The Atmosphere: an introduction to meteorology. 12th ed. New 
York, NY: Pearson, 2013. 533p. 
KEMENES, A.; FORSBERG, B.; MELACH, J. As hidrelétricas e o aquecimento global. Ciência 
Hoje, v. 41, n. 245, p. 20-25, jan/fev 2008.