Aula 5. Nuvens e Precipitação

Prévia do material em texto

Aula 8. Formação de nuvens 
e Precipitação
Meteorologia e Climatologia
Precipitação
Conjunto organizado de partículas de 
água líquidas ou sólidas que caem 
livremente na atmosfera.
A precipitação pode ocorrer de 
várias formas: chuva, garoa, neve e 
granizo.
Aquecimento e resfriamento 
adiabáticos do ar
• Ar úmido é mais leve que o seco e 
ascende mais facilmente (ambos na 
mesma temperatura);
• Movimento vertical (formação de 
nuvens) envolve alterações na 
densidade da coluna que levam a 
mudanças na temperatura sem ganho 
ou perda de energia – a temperatura 
foi alterada adiabaticamente.
Ascensão de uma coluna de ar -
expansão das moléculas – decréscimo 
de densidade, menos choques entre 
as moléculas – diminui a 
temperatura sem haver perda de 
calor para o meio circundante = 
resfriamento adiabático.
Aquecimento e resfriamento 
adiabáticos do ar
O movimento descendente do ar 
(subsidência) aumenta a densidade e 
o contato entre as moléculas 
aumenta – aumenta também a 
temperatura sem que tenha sido 
fornecida energia para a coluna –
houve um aquecimento adiabático.
Aquecimento e resfriamento 
adiabáticos do ar
A massa de ar 
se comprime ao 
descer, porque a 
pressão 
aumenta, e se 
aquece.
A massa de ar 
se expande ao 
subir, porque a 
pressão diminui, 
e se resfria.
O aquecimento e o 
resfriamento estão 
ligados à variação de 
volume e não à 
transferência de calor 
para o ambiente.
• Principais processos de aquecimento 
e resfriamento produzidos nos 
movimentos verticais de massas de 
ar e formação de nuvens;
• Considerando a umidade, define-se a 
razão de resfriamento do ar pelo 
gradiente adiabático seco (GAS) e 
úmido (GAU).
Aquecimento e resfriamento 
adiabáticos do ar
Gradiente adiabático
Ponto de 
orvalho
A massa de ar ascende 
porque é mais quente. 
Subindo ela resfria e se 
condensa, aumentando a 
umidade relativa e 
diminuindo a temperatura 
do ponto de orvalho.
Passando o nível de 
condensação, o vapor 
d’água se condensa em 
forma de gotículas.
A massa de ar sobe até 
que a sua densidade seja 
a mesma das massas de 
ar circundantes
GAU
5°C /km
GAS
10°C /km
Nuvens
Densos aglomerados de gotículas de água 
mantidas em suspensão pela 
turbulência do ar.
Quando o ar resfria abaixo do ponto de 
orvalho, o vapor de água condensa 
formando nuvens.
Na troposfera o ar se resfria com a 
altitude, atinge o ponto de orvalho, e 
em seguida condensa formando nuvem.
Formação de nuvens
• Levantamento frontal
• Convecção e convergência
• Topografia
Formação de nuvens
Levantamento frontal
O ar quente é erguido por uma massa de ar frio mais pesada que 
escorrega em cunha por baixo. Se o ar quente se resfriar abaixo do 
ponto de orvalho haverá formação de nuvens.
Formação de nuvens
Convecção e convergência
• Ar aquece em contato com a superfície quente, se 
dilata, fica mais leve e se eleva. A expansão 
provoca um resfriamento (perde 1C a cada 
100m de elevação).
Formação de nuvens
Topografia
O ar se eleva ao longo de uma encosta, e se 
resfria a medida que se eleva.
Classificação das nuvens
Processo de formação:
Cumuliformes = nuvens oriundas de correntes 
atmosféricas ascendentes, volumosas e de contornos 
arredondados e nítidos e de desenvolvimento vertical. 
Caracterizam uma instabilidade do ar.
Stratiformes = Nuvens formadas quando uma camada 
de ar se resfria abaixo de seu ponto de orvalho, na 
ausência de um movimento vertical. Nuvens em véu 
ou camada, com desenvolvimento horizontal 
favorecido pela estabilidade do ar.
Classificação das nuvens
Cirrus = franja; cumulus = montes; stratus = camada; nimbus = chuva
Nuvens altas
Cirrus (Ci) 
Cirrocumulus (Cc)
Cirrostratus (Cs)
Cirrus (Ci)
Nuvens isoladas de aparência fibrosa e delicada.
Em geral brancas, formadas por cristais de gelo.
Associados com tempo bom. Se seguidos por nuvens 
baixas e espessas indicam chuva ou neve. 
Cirrus (Ci)
Cirrus (Ci)
(Ci) densos em bancos.
Cirrus (Ci)
(Ci) em filamentos ou gancho, aumentando. 
Indicam a aproximação de uma frente quente e 
provável chuva contínua.
Cirrus (Ci)
(Ci) e/ou CIRROSTRATUS (Cs), em faixas, aumentando, não 
atingindo 45° de altura acima do horizonte. Frente quente.
Cirrus (Ci)
(Ci) e/ou CIRROSTRATUS (Cs), em faixas, aumentando, 
excedendo 45º de altura acima do horizonte
Classificação das nuvens
Cirrus = franja; cumulus = montes; stratus = camada; nimbus = chuva
Cirrocumulus (Cc)
Transparentes e 
esbranquiçadas dispostas 
em grupos ou linhas, ou 
ondas como na areia da 
praia.
Céu de cavala.
Cristais de gelo.
Tempo bom.
Cirrocumulus (Cc)
Cirrostratus (Cs)
Finas e esbranquiçadas e muitas 
vezes cobrem totalmente o céu, 
dando uma aparência leitosa.
Fino véu não esconde os discos 
solares e lunares.
Como são compostos por cristais 
de gelo, produzem grandes halos 
em torno do sol ou da lua.
Cirrostratus (Cs)
Com formação de halo.
Nuvens médias
Altocumulus (Ac)
Altostratus (As)
Classificação das nuvens
Cirrus = franja; cumulus = montes; stratus = camada; nimbus = chuva
Altocumulus (Ac)
Nuvens formadas por massas globulares achatadas dando ao céu 
um aspecto de lã de carneiro. Variam de espessura e cor, mas são 
sempre regularmente dispostas.
Altocumulus (Ac)
ALTOCUMULUS (Ac) em faixas ou 
camadas, aumentando ou espessando
Altocumulus lenticulares (Ac len)
Altocumulus castellanus (Ac cas)
Branco ou cinza.
Altostratus (As) 
ALTOSTRATUS (As) translúcidos. 
Aparência de véu fibroso ou lençol 
com em tonalidades acizentadas
ou azuladas.
Uma das nuvens mais 
confiáveis como indicadora 
de tempo.
Indicadoras de ar quente 
deslizando sobre o ar mais 
frio e impedindo chuvas ou 
neve contínua, 
especialmente se a escura 
camada de nuvens progride 
e engrossa.
Indicam desenvolvimento de 
mau tempo no mar.
Assinalam a formação de 
uma grande baixa antes do 
barômetro.
Altostratus (As) 
Não há formação de halo.
Impressão de sol com 
lâmina de água na frente.
Nuvens baixas
Nimbostratus (Ns)
Stratus (St)
Stratocumulus (Sc)
Classificação das nuvens
Cirrus = franja; cumulus = montes; stratus = camada; nimbus = chuva
Nimbostratus (Ns)
Nuvens baixas, escuras, 
amorfas, e quase uniformes.
Típica nuvem de chuva.
Mau tempo 
persistirá por 
muitas horas.
Stratus (St)
Nuvens baixas e cinzentas em uma camada uniforme que lembra um 
nevoeiro. Bloqueiam a luz. De baixo parecem cinza e de cima são 
brancos. Ventos fortes podem quebrar em fractostratus. Às vezes são 
formados pelo levantamento de nevoeiro.
Stratocumulus (Sc)
Formadas a partir de 
cumulus, em geral 
seguidas de noites 
claras e bom tempo.
Semelhantes a 
altocumulus, mas mais 
baixas.
Nuvens de desenvolvimento 
vertical
Cumulus (Cu)
Cumulonimbus (Cb) 
Cumulus (Cu)
Nuvens densas de grande desenvolvimento vertical formadas pelo ar 
ascendente que é resfriado a medida que sobe. 
Base horizontal e forma de domo ou torre.
Nuvens de bom tempo. Branco brilhante quando iluminadas pelo sol.
Podem no entanto se desenvolver verticalmente transformando-se 
em cumulus congestus e cumulunimbus antes de tempestade.
Cumulus humilis (Cu hum)
Topo em geral liso.
Cumulus mediocris
Topo arredondado.
Cumulus congestus (Cu)
Cumulus congestus (Cu)
Topo tem bordas protuberantes (mas sem franjas).
Pileus
Nuvens que se formam acima do topo de cumulus. Isto ocorre quando 
o movimento ascendente da nuvem convectiva distorce a camada de ar 
acima (píleo é latim para solidéu)
Cumulonimbus (Cb)
Cumulonimbus(Cb)
Nuvem densa e pesada com grande 
desenvolvimento vertical atingindo muitas vezes 
mais de 15 km. Forma de montanha ou imensa 
torre.
Evitar sempre que possível, pois são associados a 
tempestades, ventos fortes, chuvas pesadas, raios 
e granizo.
Se conseguir reconhecer a formação de um 
cumulonimbus, sebo nas canelas!!!
Podem ocorrer tornados e trombas da água.
Cb mamatus
Cb
Nebulosidade
Estimada dividindo-se imaginariamente o 
céu em 8 partes iguais e calculando-se o 
número de oitavos cobertos.
Registrado somente em estações 
convencionais.
CHUVA ou PRECIPITAÇÃO 
PLUVIOMÉTRICA
Precipitação em forma de gotas de água de 
diâmetro superior a 0,5mm. 
Ordem de grandeza = 2 mm, mas varia muito 
dependo das condições.
Garoa
As gotas caem da nuvem e parecem 
flutuar no ar, porque estão muito 
próximas umas das outras, e as gotas são 
muito pequenas (menores que 0,5mm).
Neve
Precipitação na forma de cristais de gelo isolados 
ou agregados em partículas cristalinas – os 
cristais de neve – que se agregam em flocos, em 
geral ramificados em forma de estrela.
A neve, uma vez no chão, constitui um depósito 
efêmero ou perene, que cria ou alimenta um 
manto de neve.
Granizo
Precipitação de Cbs na forma de partículas de 
gelo, isoladas ou agregadas em blocos irregulares, 
em geral de forma esférica mais ou menos 
regulares, com diâmetro que varia de 5 mm a 5 
cm (às vezes mais).
Em geral de curta duração e isoladas. Sobre uma 
área de 100km2, podem cair 300 bilhões de 
pedras em 5 a 10 minutos, que corresponde a 
uma massa de 50.000 toneladas.
Granizo
Apesar dos danos que causam, ainda não 
é possível uma previsão aceitável de uma 
nuvem potencialmente causadora de 
granizo.
Formação da precipitação
Todas as nuvens contém água, mas 
algumas produzem precipitação e 
outras não. 
Por quê ?
Chuva
Gotículas de água são extremamente pequenas, 
(pouca influência da gravidade). 
Em adição, as correntes atmosféricas tendem a 
elevar as gotículas.
As gotículas de água possuem diâmetro médio 
inferior a 20 m (um fio de cabelo tem diâmetro 
de 75 m). 
Elas precisam de 16 horas para cair 80 m em 
um ar extremamente calmo. 
Logo, não conseguem abandonar o ar em 
movimento no interior da nuvem. 
Chuva
As gotículas só conseguirão cair da 
nuvem quando tiver 1/5 de mm ou 
mais.
O crescimento de uma gotícula de 
nuvem ocorre através de dois 
processos: Processo de Bergeron e 
colisão-coalescência.
Processo de Bergeron
Aplica-se a nuvens frias (TC abaixo 
de zero). 
Processo de Colisão -
Coalescência
Aplica-se a nuvens quentes (TC acima de 
zero). 
Processo de Bergeron
Aplica-se a nuvens frias (TC abaixo de zero). 
Processo de Bergeron
A água pura suspensa no ar não congela 
a 0 C, mas a cerca de -40 C;
Deve haver temperatura baixa para que 
um embrião de gelo de tamanho 
suficiente seja formado pela agregação 
de um número suficiente de moléculas 
de água na gotícula;
A água em estado líquido abaixo de 0 C 
chama-se superesfriada.
Processo de Bergeron
• O congelamento fica facilitado, podendo 
ocorrer em temperaturas mais altas, 
quando gotículas superesfriadas se agrupam 
sobre a superfície de uma partícula sólida 
chamada núcleo de congelamento ou núcleo 
catalizador.
• Este núcleo pode ser areia, cinzas, sal, etc;
• Entre -10 C e -20 C gotículas líquidas 
coexistem com cristais de gelo. 
• Abaixo de -20 C as nuvens consistem 
inteiramente de cristais de gelo.
(0 ºC)
Nuvem Cumulonimbus
Apenas água líquida
Mistura de gelo e água
Apenas gelo
-20 ºC
7600 m 
Nível de congelamento
5500m
1000m 
Gotas de água Cristais de gelo
-40 ºC
Processo de Bergeron
Os cristais de gelo podem crescer, 
colidindo e aderindo uns aos outros, 
formando cristais maiores, que são os 
flocos de neve.
 Quando a temperatura da superfície está 
acima de 4° C, os flocos de neve 
geralmente derretem antes de atingir o 
solo e continuam caindo como chuva. 
Processo de Bergeron
Pressão de vapor de saturação 
é menor em cristais de gelo e 
maior em gotículas de água;
Cristais de gelo são sólidos, as 
moléculas são mantidas 
firmemente juntas; as 
moléculas das gotículas 
superesfriadas escapam mais 
facilmente;
Se o ar está saturado em 
relação à água líquida, ele está 
supersaturado em relação aos 
cristais de gelo. 
Como resultado, os cristais de 
gelo coletam mais moléculas 
de água que perdem por 
sublimação.
O crescimento de cristais de gelo é 
rápido o suficiente para gerar cristais 
suficientemente grandes para cair.
• Durante sua descida os cristais de gelo aumentam à 
medida que interceptam gotículas superesfriadas de nuvem 
que congelam sobre eles (processo de acreção).
• O granizo é um caso extremo de crescimento de partículas 
de gelo por acreção. Ele consiste de uma série de camadas 
quase concêntricas, produzido somente em cumulonimbus, 
onde as correntes ascendentes são fortes e há suprimento 
abundante de água superesfriada;
• Granizo começa como pequenos embriões de gelo que 
crescem coletando gotículas superesfriadas enquanto caem 
através das nuvens. Se encontram uma forte corrente 
ascendente, eles podem ser levantados novamente e 
recomeçar a jornada para baixo. Cada viagem através da 
região de água superesfriada da nuvem pode representar 
uma camada adicional de gelo.
Processo de Bergeron
Chuvas 
artificiais
A semeadura de nuvens 
usa o processo de 
Bergeron. Adicionando 
núcleos de congelamento 
(comumente iodeto de 
prata) a nuvens com 
água superesfriada pode-
se mudar a evolução 
destas nuvens.
Processo de Colisão - Coalescência
Aplica-se a nuvens quentes (TC acima de zero). 
Coalescência
Ocorre em nuvens quentes 
(TC superior ao ponto de 
congelamento da água (0 C).
1. Gotículas de água possuem 
dimensões diferentes;
2. Gotículas maiores se caem 
mais rapidamente e com 
trajetória diferente das 
gotículas menores;
3. As gotículas maiores e mais 
pesadas não se movimentam 
com a mesma velocidade que 
as menores, que acabem se 
chocando com elas e se 
combinam (coalescem), 
tornando-se maiores e mais 
pesadas; 
Coalescência
4. Após um milhão de colisões, 
elas estão suficientemente 
grandes (diâmetro maior do 
que 20 m) para cair até a 
superfície sem evaporar;
5. Gotículas em nuvens de 
grande profundidade, e com 
correntes ascendentes, ajudam 
na formação de gotículas de 
grande tamanho;
6. Gotas de chuva podem crescer 
até 6 mm de diâmetro, 
quando sua velocidade 
terminal é de 30km/h.
Tipos de chuva
• Chuva de convecção
• Chuva frontal ou ciclônica
• Chuva orográfica
Chuva de convecção
São causadas por aquecimento solar diferencial 
do solo e camadas de ar mais baixas 
(principalmente no fim do verão). Células 
convectivas vão de 25 a 30 km2, mas a 
intensidade de chuva pode ser elevada pois as 
nuvens vão até 15 km ou mais (granizo se forma 
nestas elevações).
Chuva frontal ou ciclônica
São causadas por ar quente invadindo ar 
frio ou vice-versa. O ar quente é forçado 
para cima, provocando precipitações de 
duração longa e sobre áreas extensas.
Chuva orográfica
Causada por ar úmido sendo forçado para 
cima por uma barreira física, como as 
montanhas de uma linha costeira (serra 
do mar, p.e.)
Medidas de precipitação
• Pluviômetro
• Radar
• Experimentos
Pluviômetro
• Mede a altura das precipitações em 
mm;
• Pluviômetro de medidas diretas ou 
registradores de básculadas por 
sistema mecânico.
Pluviômetro de báscula
Cada basculada indica 0,2mm de 
chuva.
Problemas de medida
Vento
Não indicada Aceitável Forma ideal
Critériosde Instalação
Local plano, inclinação do terreno deve ser inferior a 
19;
Distância mínima de um obstáculo deve ser de 4 vezes a 
altura deste obstáculo;
Distante de qualquer objeto afim de minimizar a 
turbulência ao redor do instrumento. Um obstáculo é 
um objeto cuja largura angular é de mais de 10.
Medição por radar
Permite a teledetecção – detecção de 
alvo, medida a distância. Difere da 
telemetria, que consiste de um sensor 
em um meio a ser analisado que envia 
os dados por telecomunicação;
Primeiros radares operacionais –
Inglaterra em 1941 (detectar aviões 
alemães) – RADAR = RAdio Detection
And Ranging = detecção e telemetria 
por ondas radioelétricas).
Princípio de funcionamento
Princípio da reflexão de ondas eletromagnéticas por alguns objetos 
chamados alvos. O radar meteorológico é usado para medir a 
potência de retrodifusão por um conjunto de gotas de chuva.
Atualmente, os radares não medem a intensidade da precipitação 
(mm/h), mas deduzem da medida da potência retrodifundida. A 
intensidade das precipitações será em seguida deduzia de uma 
conversão refletividade – intensidade.
Medidas de precipitação por 
radar no Brasil
• http://sigma.cptec.inpe.br/radar/
• http://www.redemet.aer.mil.br/rada
r/radar.php?ID_REDEMET=
Pico do Couto
Radiação 
incidente
Efeito da precipitação sobre a 
pesca e o recrutamento
Taxas de precipitação influenciam a 
taxa de vazão dos rios e estuários ao 
longo da costa;
A entrada de indivíduos juvenis 
dentro do estuário é favorecida por 
baixas taxas de precipitação.
Se menor precipitação = maior 
recrutamento, então a pesca é 
favorecida em anos secos.
Exemplos de espécies afetadas na 
região :
camarão, tainha
Efeito da precipitação sobre a 
pesca e o recrutamento
Ciclo do 
camarão
Ciclo da 
tainha
Influencia de precipitação da 
captura