Ventos e Circulação Geral da Atmosfera - Slides

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Aulas 02 e 03:
“Ventos e a Circulação Geral da Atmosfera”
Curso: Geografia
Departamento de Geografia (DG)
Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE/UNESP)
2° Semestre – 4 Créditos (60 horas / aula)
A) A natureza e a medição dos elementos
Para entender e/ou realizar um estudo científico em Climatologia, é necessário, em primeira instância, recolher e organizar dados.
Os dados podem ser obtidos através e várias maneiras: dentre elas, levantando relatos/bibliografias históricos, através de observações sensoriais e da paisagem, entrevistas e questionários utilizando-se da percepção. 
Porém, para um estudo confiável, é ideal obter informações instrumentais e/ou sensoriais (dados meteorológicos), sejam eles de fontes secundárias de confiança e coletados com equipamentos e horários padronizados (órgãos públicos e privados), ou você mesmo coletar !
Durante a disciplina “Fundamentos de Climatologia”, foi realizada uma visita técnica à Estação Meteorológica do CEAPLA – IGCE/UNESP.
No momento, para esta aula iremos explorar os equipamentos utilizados para coletar e monitorar a Pressão Atmosférica (Barômetro e Barógrafo) e os Ventos (Anemômetro e Anemógrafo).
É bom lembrar que na atmosfera, todos os elementos encontram-se em interação! 
A) A natureza e a medição dos elementos
Em nível mundial, existe a Organização Meteorológica Mundial (OMM; Wold Meteorological Organization – WMO), entidade responsável por padronizar e regular a coleta de dados meteorológicos, dentre outras funções.
A OMM fixa horários de observação, que são respeitados em todo o Planeta para fins de comparação, em fuso GMT (Greenwich Mean Time): 0h, 6h, 12h, 18h.
As Estações Meteorológicas podem ser classificadas do seguinte modo:
a) Estações Sinópticas (em Terra e no Mar).
b) Estações Climatológicas (Ou meteorológicas tradicionais).
c) Estações de Meteorologia Aeronáutica.
d) Estações de Meteorologia Agrícola.
e) Estações Especiais.
As Estações Sinópticas são para efeitos de meteorologia sinóptica.
“A Meteorologia Sinóptica é o ramo da meteorologia que se ocupa da descrição do tempo real, com base em observações marcadas em cartas geográficas. A finalidade do estudo é o de prever futuras evoluções do estado do tempo.”
“Dentro destas estações há as de superfície e as de altitude. “
(ORGAZ, M.D.M.; TEIXEIRA, M.E.M. Instrumentação e métodos de observação. Curso de Fisica da Atmosfera, Universidade de Aveiro, 1995. 
Recomenda-se para estações sinóticas a distância entre estações terrestres não exceder 150 Km. Estações de altitude não deverão estar afastadas de mais do que 300 Km
Nelas, observa-se: Pressão Atmosférica, Vento (dir. e vel.), Umidade, Temperatura, Visibilidade, Altura da base das nuvens e Nebulosidade (Tempo), precipitação.
Tais dados são utilizados para a elaboração de Cartas Sinóticas (e diversos estudos/previsões...).
Saber a Pressão Atmosférica e a velocidade e direção dos Ventos é essencial para entender a dinâmica climática. Logo mais, trataremos a respeito disso.
Por enquanto, segue alguns exemplos de Cartas Sinóticas para discutirmos a respeito:
Unidades de medida: 
Pressão Atmosférica: milímetros de mercúrio (mmHg), hectopascal (hPa), milibar (mbar), atmosfera (atm).....
Vento: metros por segundo (m/s), kilômetros por hora(Km/h)
A) A natureza e a medição dos elementos
O que é 1mm de Chuva?
Origens da PRECIPITAÇÃO:
Chuva “de verão”
Avanço de “Frente Fria”
Chuva “de Montanha ou Serra”
Carta sinótica de superfície – CPTEC/INPE - http://tempo.cptec.inpe.br/ 
Carta sinótica de altitude– CPTEC/INPE - http://tempo.cptec.inpe.br/ 
COLORIDA BM - 14:00:00 – CPTEC/INPE - http://satelite.cptec.inpe.br/home/novoSite/index.jsp 
GOES 13 - Vapor: 2015-09-23 - 14:00:00 – CPTEC/INPE - http://satelite.cptec.inpe.br/home/novoSite/index.jsp 
GOES 13 - Realçada: 2015-09-23 - 14:00:00
Precipitação: 2015-09-23 - 14:00:00
CPTEC/INPE - http://satelite.cptec.inpe.br/home/novoSite/index.jsp 
Exemplo de Simbologia – Pode haver variações conforme o Serviço Meteorológico, mas há um padrão geral:
1013 hpa
B) Sistemas de Alta e Baixa pressão
O peso que o ar exerce sobre uma superfície é denominado pressão atmosférica. Resulta da força transmitida pelas moléculas de ar para a superfície. (Gravidade)
Altitude: Na baixa troposfera, a pressão do ar diminui (em média) 1/30 de seu valor para cada 275 m de ascensão (varia verticalmente 1mb para cada 10m, em média).
Superfície: A variação ocorre a partir da distribuição irregular de energia (temperatura) e umidade no Planeta. 
A distribuição espacial da energia no Planeta contribui para uma repartição espacial da pressão (superfície), representada pelas zonas climáticas (Ex: lat 0° - Baixa pressão; lat 90° - Alta pressão)
A umidade do ar também interage com a variação espacial da pressão (superfície), pois devido à água no estado gasoso apresentar menor densidade que o ar seco, o ar úmido passa a ser menos denso.
B) Sistemas de Alta e Baixa pressão
B) Sistemas de Alta e Baixa pressão
A
B
Se não houvesse o movimento e rotação da Terra, ou outras forças influentes na circulação atmosfera (na pressão e nos ventos), seria possível adotar o seguinte modelo (esquemático) para explicar os centros de Alta e Baixa pressão, e explicar o movimento dos ventos;
Todavia, a circulação dos ventos é afetada em maior escalapelo Efeito Coriolis (será explicado a seguir), além da rugosidade da superfície / outras variáveis geográficas.
B) Sistemas de Alta e Baixa pressão
C) As forças responsáveis pela gênese e orientação dos ventos
Resumindo: No ar, há o movimento.....
É deslocado através da diferença de pressão (temperatura e volume). Por ser gasoso, obedece às leis da dinâmica dos fluidos (Advecção: Alta pressão -> Baixa pressão).
Nas regiões de Baixa Pressão, a menor densidade o torna mais leve que o ambiente ao redor, provocando a ascensão do ar (dá-se o processo de condensação e formação de nuvens).
Nas regiões de Alta Pressão, a maior densidade torna mais pesado que o ar circundante, ocorrendo a subsidência do ar (descenso). Como não implica em resfriamento (pelo contrário), não há condensação e formação de nuvens.
VERTICAL
HORIZONTAL
A advecção horizontal dos ventos são influenciadas pela rugosidade da superfície. Dependendo da composição da superfície (Geomorfologia, Hidrografia), o vento sofre ondulações e turbilhonamentos ao longo de sua trajetória.
Em maior escala, e devido ao Efeito Coriolis, os ventos geostróficos correm paralelamente às isóbaras (e deslocam-se levemente para a direita, no Hemisfério Sul.). 
C) As forças responsáveis pela gênese e orientação dos ventos
O “Efeito Coriolis”
Origem: Gaspard-Gustave Coriolis (1792-1843) - "Toda partícula em movimento no hemisfério norte é desviada para a sua direita“
O Efeito Coriolis resulta do movimento de rotação da Terra e se manifesta em grandes escalas espaciais.
Tal efeito desvia a trajetória original dos ventos: No hemisfério Sul, o vento é defletido para a esquerda. No hemisfério Norte, para a direita. 
C) As forças responsáveis pela gênese e orientação dos ventos
Se não houvesse o Efeito Coriolis, o vento se deslocaria em linha reta através das isóbaras. Todavia, por razão desta força, passa a ser conhecido como vento geostrófico.
Vento Geostrófico: seguindo o gradiente de pressão, a parcela de ar desloca-se de um pontoe é defletida pela força de Coriolis, resultando em um deslocamento paralelo às isóbaras, caracterizando-o (Strahler, 1971).
A velocidade do vento será proporcional à distância entre as isóbaras.
Fonte: http://agrega.juntadeandalucia.es/repositorio/28072010/ea/es-an_2010072811_9130111/ODE-a3165554-259e-3c06-b5c2-e07699c4b688/14_borrascas_y_anticiclones.html 
Exemplos:
Catarina
24 a 28/03/2004
Exemplos:
Vídeos 1 e 2
SHAPIRO, A. H. Bath-tub vortex. Nature, v. 196 (p. 1080-1081), 1962.
Segundo Shapiro (1962), é decisiva para a ocorrência do vórtice na pia a quantidade de movimento angular
residual na água (o sentido do movimento da água, antes da abertura do 'ralo da pia', é que decidirá o sentido do vórtice). 
O Efeito Coriolis não é perceptível em escala local. Somente consegue interferir em nível zonal / global (Ex: circulação atmosférica, formação ciclônica, lançamento de mísseis de precisão em longas distâncias, etc).
C) As forças responsáveis pela gênese e orientação dos ventos
C) As forças responsáveis pela gênese e orientação dos ventos
Os ventos locais decorrem de um gradiente de pressão local (e/ou regional) que se estabelece como resultado do aquecimento diferencial da superfície com alternância do dia e da noite. Esses ventos são classificados em brisa marítima e oceânica, brisa terrestre e continental e brisas de vale e montanha.
MENDONÇA, F.; DANNI-OLIVEIRA, I. M. Climatologia: noções básicas e climas do Brasil. São Paulo: Oficina de Texto, 2007. 206 p.
Em áreas montanhosas, no decorrer do dia as áreas das encostas dos vales aquecem o ar com maior intensidade (brisa de vale), e o inverso ocorre no período da noite (brisa de montanha). 
Quando originados em grandes sistemas de Montanhas, tais ventos recebem nomes regionais (as vezes caracterizados por serem secos e quentes). Exemplo: Ventos Fohn (Alpes e Ásia Central), Chinook (Montanhas Rochosas), Zonda (Andes – Argentina ocidental).
D) As grandes zonas barométricas do globo e os ventos predominantes
A partir dos conhecimentos já adquiridos (Pressão, Ventos e a regulação de ambos pelas leis da mecânica dos fluídos e da termodinâmica), é importante destacar que a movimentação do ar é alimentada pela repartição desigual de Energia Solar e influenciada diretamente pela Rotação da Terra.
A energia solar varia principalmente pela Latitude e Estações do Ano (Ex.: áreas de baixa latitude recebem mais energia ao longo do ano, variações entre Solstícios, etc..)
Devido ao dinamismo atmosférico muito intenso, a representação de um modelo de circulação atmosférica é feita por meio da cartografia dos campos médios (ou predominantes) de pressão da atmosfera (superfície e altitude).
Os campos de pressão atmosférica, ou centros de ação, e os ventos dominantes na superfície organizam-se em faixas zonais relativamente paralelas à linha do Equador terrestre.
Obviamente, apresenta irregularidades entre os hemisférios a partir da desigual repartição entre terras e mares, e de ações do relevo.
As posições médias dos principais centros de ação e os ventos dominantes do Planeta podem ser observados nos exemplos a seguir:
Fonte: http://www.storm-t.iag.usp.br/pub/explorando_meteorologia/Site/Site.html 
Pressão e circulação na superfície em janeiro. 
Pressão e circulação na superfície em julho.
(Esq) Distribuição idealizada zonal de pressão.
(Dir) "Quebra" desta distribuição zonal causada pela distribuição dos continentes.
D) As grandes zonas barométricas do globo e os ventos predominantes
Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap8/cap8-2.html 
D) As grandes zonas barométricas do globo e os ventos predominantes
De maneira geral, os Anticiclones e as depressões (ciclônicas) permanentes ou semipermanentes migram ao longo das estações do ano. No hemisfério Sul, recuam em direção ao Sul durante a primavera-verão, ocorrendo o inverso no outono-inverno.
A distribuição das zonas de altas e baixas pressões atmosféricas no Planeta não se apresenta de maneira tão uniforme e regular. O esquema apresentado apenas evidencia um padrão estático, para fins didáticos.
Tendo esta Dinâmica em mente, vamos passar a estudar alguns casos específicos para compreender a Circulação Geral da Atmosfera.
A Circulação Geral da Atmosfera pode ser observada em três grandes zonas:
Baixas latitudes – zona intertropical.
Latitudes médias – zona temperada.
Altas Latitudes – zona polar.
D) As grandes zonas barométricas do globo e os ventos predominantes
A “Zona de Convergência Intertropical” (ZCIT)
Fonte: http://meteovargas.com/?p=2116 
Fonte: http://www.storm-t.iag.usp.br/pub/explorando_meteorologia/Site/Site.html 
Pressão e circulação na superfície em janeiro. 
Pressão e circulação na superfície em julho.
Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap8/cap8-2.html 
E) As células de Hadley e Walker e seus papéis na circulação intertropical
Há cinco Anticiclones dinâmicos e térmicos que controlam os climas no Planeta:
Hemisfério Sul:
Anticiclone de Santa Helena – oceano Atlântico.
Anticiclone da Ilha de Páscoa – oceano Pacífico.
Anticiclone de Mascarenhas – oceano Índico.
Hemisfério Sul:
Anticiclone dos Açores – oceano Atlântico.
Anticiclone da Califórnia (ou do Havaí) – oceano Pacífico.
E) As células de Hadley e Walker e seus papéis na circulação intertropical
Na Circulação Geral da Atmosfera, há a formação de células específicas da movimentação da atmosfera, geradas pela repartição diferencial das fontes de energia e associadas aos movimentos verticais (ascendência/subsidência) e horizontais (advecção) da alta de baixa atmosfera.
Em termos de Latitude (Norte-Sul), destacam-se a circulação atmosférica tricelular, composta pelas células de Hadley (0° - 30°), Ferrel (30° - 60°) e Polar (60° - 90°). 
Em termos de Longitude (Leste-Oeste), destaca-se principalmente a célula de Walker, ou “célula do Pacífico” – são marcadas pelas zonas de ascendência acima dos continentes e na porção oeste dos oceanos (fonte quente), e pelas zonas de subsidência acima das partes orientais dos oceanos (fontes frias).
“A Circulação Atmosférica em nível de Latitude (Norte-Sul)”
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172008000100005&script=sci_arttext 
“Circulação Atmosférica Tricelular: Células de Hadleu, Ferrel e Polar”.
“A Circulação Atmosférica em nível de Longitude (Leste-Oeste)”
- Célula de Walker.
Ao aquecer-se próximo à superfície, o ar das vizinhanças do Equador torna-se mais leve, ascende, resfria-se, e sua umidade condensa e precipita em forma de chuva. Chegando ao topo da troposfera terrestre, o ar, agora frio e seco, desloca-se na direção de ambos os pólos forçado pelas parcelas de ar que continuamente ascendem a partir da superfície. Nas latitudes entre 20° e 35° Norte e Sul, o ar descende até a superfície e parte do ar descendente dirige-se para o Equador em baixos níveis, fechando, assim, células de circulação chamadas células de Hadley. Nas células de Hadley, as correntes de ar dirigidas para o Equador na superfície, são defletidas pela força de Coriolis. Assim, os ventos resultantes possuem uma componente de leste para oeste e uma componente dos trópicos para o Equador. Esses ventos predominantes em baixos níveis, na região tropical, são chamados de alíseos. Nas regiões extra-tropicais, entre 30 e 60° de latitude, a circulação atmosférica resulta em outra célula meridional de circulação em cada hemisfério: a célula de Ferrel. Nesta célula, parte do ar descendente entre 20° e 35° de latitude escoa em direção aos pólos nas proximidades da superfície, até ser forçado a subir ao encontrar o ar mais frio e denso da região polar. Essa ascensão ocorre em torno de 60° de latitude, acompanhada de condensação de umidade, precipitação e divergência do ar em altos níveis. Os ventos próximos à superfície são predominantemente de oeste para leste em conseqüência da ação da força de Coriolis. Existem ainda as células polares, em que parcelas do ar, após ascender nas latitudes próximas a 60°, deslocam-se para os pólos, descendem exatamente sobre eles e retornam em direção ao Equador, sendo que o vento em superfície, defletido pela força de Coriolis, é aproximadamente de leste para oeste. Este vento polar, frio e seco, eventualmente encontra os ventos de oeste mais quentes das latitudes médias, constituindo uma região chamada frente polar, onde em geral ocorrem tempestades.
MARTINS et. al., 2008
MARTINS, F.R.; GUARNIERI, R.A.; PEREIRA, E.B. O aproveitamento da energia eólica. Rev. Bras. Ensino Fís. v.30, n.1, São Paulo-SP, 2008.
Exemplos Práticos:
F) As grandes
células da circulação global, a distribuição das precipitações e os climas zonais
Animação - Circulação Geral (Global) da atmosfera
http://epsc.wustl.edu/courses/epsc105a/files2/Animations_7/GlobalWind.html 
As “Correntes de Jatos “(Jet Streams)
F) As grandes células da circulação global, a distribuição das precipitações e os climas zonais
A velocidade da sinuosidade de ventos de oeste superiores não é uniforme em todo lugar, pois em certas regiões o escoamento se torna concentrado em núcleos estreitos de ventos mais fortes do que o normal, conhecidos como correntes de jato. Estas são regiões de algumas centenas de quilômetros de largura e em torno de 2-4 km de profundidade nas quais o vento está tipicamente soprando a velocidades de mais de 40-100 m/s-1 (80-200 nós) a uma altura entre 7,5 -14 km acima da superfície, logo abaixo da tropopausa. As correntes de jato tem um importante papel na rápida transferência de energia sobre longas distâncias na atmosfera, pois em latitudes de 40˚-50˚N, o ar pode facilmente ser transportado em torno da Terra em uma semana.
A definição da OMM de uma corrente de jato é a que segue: "Uma corrente forte, estreita, concentrada ao longo de um eixo quase horizontal na troposfera superior ou na estratosfera, caracterizada por forte cisalhamento vertical e lateral do vento e apresentando uma ou mais velocidade máxima".
Musk