Aula 4. Condensação e nuvens

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Meteorologia e Climatologia
Aula 4. 
Umidade, condensação e nevoeiro
Ciclo hidrológico
Mudanças de estado
SÓLIDO
gelo
LÍQUIDO
água
GASOSO
vapor
Evaporação
600 cal/g
CONSUMO DE ENERGIA= resfriamento do ar
LIBERAÇÃO DE ENERGIA = aquecimento do ar
Condensação
600 cal/g
Sublimação
680 cal/g
Liquefação - fusão
80 cal/g
Solidificação
80 cal/g
Deposição
680 cal/g
Vapor e densidade
• Densidade da água é menor que a do 
ar;
• O vapor no ar substitui as moléculas 
de ar seco;
• Ar úmido é mais leve que o ar seco;
• Tendência de ascender na 
Troposfera.
Evaporação
Líquido para gás – consumo de energia
600 cal - 1g de água para vapor (0C)
Energia usada para movimento de escape 
da superfície do líquido:
CALOR LATENTE* DE VAPORIZAÇÃO
Esta energia será liberada como calor quando houver 
condensação.
*Calor latente = quantidade de energia necessária para mudar de fase
Evaporação
Vapor d’água não é visível a olho nu, somente percebido 
pela sensação de conforto ou desconforto térmico (mais 
umidade, menor produção de suor, maior sensação de 
calor). 
Gotículas de água 
condensadas.
Velocidade de evaporação
(razão de evaporação)
Depende de:
1. Temperatura do ar (diretamente –
exponencial)
2. Velocidade do vento (diretamente)
3. Umidade relativa (inversamente)
Evaporação máxima
Fonte : NOAA
Condensação
Vapor d’água para líquido, mediante a perda 
do calor latente de evaporação e a presença 
de núcleos de condensação.
Moléculas liberam energia:
CALOR LATENTE DE CONDENSAÇÃO
Equivale ao absorvido durante a evaporação.
Energia envolvida na formação de nuvens, 
orvalho e nevoeiro e na produção de 
fenômenos violentos de tempo;
Responsável pela transferência de calor dos 
trópicos para os polos.
Orvalho
Chuva
Condensação
• Para retirar a energia de uma molécula de 
vapor, o ambiente deverá estar mais frio 
que a própria molécula;
• Numa dada quantidade de vapor, a 
temperatura atinge o nível ideal para 
ocorrer a condensação (temperatura do 
ponto de orvalho);
• Precisa sempre de um núcleo de 
condensação (atuam como suporte para 
fixação da película de água).
Fusão ou liquefação
Sólido para líquido. Requer absorção 
de 80 cal/g para a água:
CALOR LATENTE DE FUSÃO
Solidificação ou congelamento
(quando a temperatura do ar fica 
abaixo do ponto de congelamento) é 
o processo inverso, libera as 80 
cal/g.
Deposição ou Sublimação
Gás para sólido sem passar pelo líquido. 
Ocorre em ambientes com temperaturas 
negativas extremas. Vapor perde 680 cal/g 
para o ambiente.
Sublimação
Conversão de sólido para vapor, 
consumo das 680 cal/g.
Envolvem energia igual à soma dos dois processos (600 + 80 
cal/g).
Gelo seco
Geada
A umidade do ar
Quantidade de vapor d’água na atmosfera. 
Medida como:
1. PRESSÃO DE VAPOR
2. UMIDADE ABSOLUTA
3. RAZÃO DE MISTURA
4. UMIDADE RELATIVA
Variações na forma de abordar a presença de 
vapor.
Conceito de saturação
Na interface ar-água, ocorrem trocas 
nos dois sentidos.
Evaporação = mais passagem para 
vapor;
Condensação = mais para líquido.
As trocas ocorrem até que seja 
atingido um equilíbrio dinâmico = 
mesma taxa = saturação.
1. Pressão de vapor e 
saturação
Caixas 
lacradas 
contendo 
água e ar 
seco.
Com o aumento da 
temperatura, um novo 
ponto de saturação será 
atingido.
TEMPERATURA (° C) Pressão do vapor
g/kg (mb)
-40 0,1
-30 0,3
-20 0,75
-10 2
0 3,5
5 5
10 7
15 10
20 14
25 20
30 26,5
35 35
40 47
Razões de mistura de saturação do 
vapor (nível do mar)
Umidade relativa
Índice mais conhecido para descrever o conteúdo de 
vapor d’água.
Umidade relativa = razão entre a razão de mistura real 
w (vapor existente no ar) e a razão de mistura de 
saturação ws (ponto de saturação):
UR = (W/Ws ) x 100%
UR indica o quão próximo o ar está da saturação, ao 
invés de indicar a real quantidade de vapor d’água no 
ar.
TEMPE
RATUR
A (° C)
g/kg
-40 0,1
-30 0,3
-20 0,75
-10 2
0 3,5
5 5
10 7
15 10
20 14
25 20
30 26,5
35 35
40 47
A 25 °C, ws = 20 g/kg. 
Se o ar contém 10 g/k num dia 
com 25° C, UR = 50%. 
Quando o ar está saturado, UR = 
100%.
Como a UR é baseada na razão de mistura e na razão de 
mistura de saturação e a quantidade de umidade necessária 
para a saturação é dependente da temperatura, a UR pode 
variar com ambos os parâmetros.
Primeiro, se vapor d’água é adicionado ou subtraído do ar, sua UR 
mudará, se a temperatura permanecer constante.
• Se o conteúdo de vapor d’água permanecer 
constante, um decréscimo na temperatura 
aumentará a UR e um aumento na temperatura 
causa uma diminuição na UR.
Variações da umidade relativa causadas 
por variações da temperatura 
1) variação diurna da temperatura:
Temperatura 
(C)
Umidade relativa (%)
30 16 24 31 45 57 100
20 28 42 54 79 100
16 36 53 69 100
10 52 77 100
6 67 100
0 100
Umidade 
absoluta
4,85 7,27 9,41 13,65 17,31 30,4
Gramas de vapor d’água por metro cúbico.
UR alta = possível precipitação
UR baixa = precisa de decréscimo de temperatura para saturar.
Ponto de orvalho
• Temperatura na qual o ar resfriado, 
sob pressão constante, torna-se 
saturado.
• Quanto mais perto a temperatura 
do ar estiver da temperatura de 
ponto de orvalho, maior é a 
umidade; quanto mais longe mais 
seco estará o ar.
O ar polar possui a maior umidade relativa, enquanto que o ar do 
deserto, com um maior ponto de orvalho, contém mais vapor de 
água.
Instrumentos de medida de 
UR
Higrômetro de cabelo = opera sob o princípio de 
que o cabelo humano, sem óleo, se estica quando 
umedecido. Indica o grau de saturação do ar com 
vapor d’água e indica a UR existente.
Instrumento de leitura direta da 
umidade relativa do ar. Em seu 
interior, um conjunto de fios de 
cabelo humano, totalmente livres de 
substâncias oleosas, reage às variações 
de umidade, esticando ou 
encurtando. Esses movimentos atuam 
no ponteiro que se desloca sobre o 
mostrador, indicando a umidade 
relativa do ar no ambiente.
Psicrômetro
Dois termômetros idênticos. O de bulbo úmido 
tem um pedaço de musselina amarrado em torno 
do bulbo. O tecido é molhado e exposto a contínua 
corrente de ar, ou girando o instrumento ou 
forçando uma corrente de ar através dele até 
atingir uma temperatura estacionária (saturação). 
A temperatura de bulbo úmido cai, devido ao 
calor retirado para evaporar a água. O seu 
resfriamento é diretamente proporcional à secura 
do ar. Quanto mais seco o ar, maior o 
resfriamento. 
Portanto, quanto maior a diferença entre as 
temperaturas de bulbo úmido e de bulbo seco, 
menor a umidade relativa; quanto menor a 
diferença, maior a umidade relativa. Se o ar está 
saturado, nenhuma evaporação ocorrerá e os dois 
termômetros terão leituras idênticas.
PROCESSOS DE SATURAÇÃO 
EM BAIXOS NÍVEIS
O ar na superfície da Terra satura se 
a temperatura diminui; 
O resfriamento diminui a razão de 
mistura de saturação e portanto 
aumenta a umidade relativa;
Quando a umidade relativa atinge 
100%, orvalho, geada e nevoeiro 
podem se formar.
Orvalho e geada
Resfriamento radiativo noturno.
Objetos emitem radiação 
Infravermelha e resfriam
Atmosfera emite 
radiação de volta
O ar que fica em 
contato com estes 
objetos frios resfria 
por condução. 
Em noite de céu limpo, os objetos emitem mais do que absorvem. 
Ficam mais frios que o ar adjacente, que se resfria e condensa.
Se o ar está acima do ponto de 
congelamento = ORVALHO
Ponto de orvalho = temperatura na qual o ar satura.
Se o ar está abaixo do ponto de 
congelamento =GEADA
Ponto de geada= temperatura a zero graus ou inferiores na 
qual o ar satura.
Previsão de temperatura 
mínima
Com o resfriamento radiativo noturno, a 
temperatura cai continuamente até 
que a umidade relativa chega aos 100% 
e ocorre condensação ou deposição. 
O calor latente liberado durante um ou 
outro processo compensa o esfriamento 
radiativo, de modo que a temperatura 
do ar tende a se estabilizar próximo ao 
ponto de orvalho ou ponto de geada.
Nevoeiro
Nevoeiro
Suspensão de minúsculas gotículas de 
água ou cristais de gelo numa camada de 
ar próxima à superfície da Terra.
Nuvem cuja base repousa ou está próxima 
a superfície terrestre.
Nevoeiro = visibilidade inferior a 1 km;
Neblina = visibilidade superior a 1 km.
Nevoeiro
Grande preocupação dos órgãos gerenciadores dos meios de 
transportes aéreos, marítimos e rodoviários, pois muitas 
vezes, o nevoeiro é situação precursora de acidentes graves 
e até mesmo fatais.
Nevoeiro como fonte de água
A correta exploração do conteúdo de água líquida 
de um nevoeiro pode trazer benefícios às 
atividades humanas, como por exemplo no Chile, 
que se coleta cerca de 7000 litros de água por dia 
através de 50 coletores de 48 m2 de área da 
base.
Processos de formação de 
nevoeiros
1. Nevoeiro de radiação;
2. Nevoeiro por advecção;
3. Nevoeiro orográfico;
4. Nevoeiro frontal.
1. Nevoeiro de radiação
Ocorre em noites de céu limpo.
A superfície se resfria por radiação.
Inversão térmica.
A umidade contida no ar condensa.
Forma nuvem próxima ao solo.
Nevoeiros de radiação
Nevoeiros de radiação
2. Nevoeiro de advecção
Ocorre quando há advecção de ar 
frio sobre superfícies quente ou ao 
contrário.
O vapor incorporado pelo ar frio o 
satura, e ao condensar forma o 
nevoeiro.
Nevoeiro de advecção
Nevoeiro de advecção
Advecção de ar marítimo 
relativamente quente para o 
continente relativamente frio causa 
nevoeiro sobre o continente.
Nevoeiro de advecção
Nevoeiro advectivo
Este tipo de nevoeiro também ocorre 
sobre grandes corpos d’água no continente. 
Estes nevoeiros não se estendem muito terreno 
adentro.
Nevoeiro de advecção
Resfriamento do próprio ar marítimo sobre 
uma corrente fria. 
A maioria das águas frias oceânicas é 
encontrada em correntes costeiras, portanto 
o nevoeiro de ar marítimo se desenvolve 
mais frequentemente próximo ao continente.
Exemplos: nevoeiros de verão nas costas do 
Peru, Chile, noroeste e sudoeste da África, 
onde o ar se move sobre águas frias 
provenientes de ressurgência.
Nevoeiro de advecção
Nevoeiro de advecção
Nevoeiro de evaporação
Pode ser produzido em dias frios pelo ar úmido que sai do 
nariz e boca das pessoas. O ar úmido encontra o ar frio, ocorre 
mistura, saturação e condensação.
São formados quando ar frio com baixa pressão de vapor passa 
sobre água relativamente quente (piscinas por exemplo).
São nevoeiros rasos (15 a 30 m), porém espessos o bastante 
para interferir na navegação ou vôos sobre o mar.
Ocorre também sobre rios, quando o ar foi resfriado por 
radiação, e tende a formar nevoeiro de radiação próximo ao rio 
bem como nevoeiro de vapor no rio. 
Essas ocorrências são comuns no outono, quando a água ainda 
está quente e o ar já está sendo resfriado.
Nevoeiro de evaporação
Nevoeiro de evaporação
Piscinas termais – Yellowstone.
Nevoeiro de encosta ou 
orográfico
Vertentes a barlavento das montanhas;
Resfriamento adiabático do ar à medida que sobe.
Se mantém em condições de vento relativamente 
forte, porque quanto mais rápido o vento mais 
rápido será o movimento para altitudes 
maiores e mais rápido será o resfriamento. 
Exemplos: nevoeiros de serra e encosta.
Nevoeiro frontal
Ocorre ao longo das frentes frias.
As condições de mistura do ar frio e 
quente podem conduzir à 
condensação do vapor próximo à 
superfície.
Nevoeiro frontal
A mistura de massas de ar quente e frio na zona 
frontal pode produzir nevoeiro se:
1. o vento for bem calmo
2. se ambas as massas estiverem perto da 
saturação antes da mistura. 
Basicamente este tipo de nevoeiro se dá por 
abaixamento da base da nuvem durante a 
passagem da frente em condições 
extremamente úmidas.
Nevoeiros pré-frontais (frentes 
quentes)
O efeito de precipitação em colunas estáveis de ar 
podem aumentar a temperatura do ponto de 
orvalho até que nevoeiro seja formado sem 
resfriamento da camada de ar inferior. 
nuvens estratiformes de frente quente são mais 
comuns que nevoeiros de frente quente.
Nevoeiros pós-frontais (frentes 
frias)
• Apenas frentes frias que se tornaram quase-estacionárias, 
usualmente orientadas na direção leste-oeste que 
apresentam extensas áreas de nevoeiro. Como no caso de 
frente quente, estas circunstâncias causam nevoeiro apenas 
se o ar frio for estável.
09/04/2012 
07:00h
Previsão de nevoeiro
CPTEC/INPE
Visibilidade
Máxima distância horizontal na qual 
objetos de vulto podem ser vistos e 
identificados pelo olho humano no 
horizonte contra o céu sem auxílio de 
instrumentos. 
Esta distância pode ser medida em km 
horizontais (marinha) e vertical 
(aeronáutica).
Fatores que afetam a 
visibilidade
(1) Precipitação;
(2) névoa e nevoeiro;
(3) borrifos ou espuma do mar 
arrastada pelo vento;
(4) Poeira ou areia.
(1) Precipitação
Chuva muito forte reduz a visibilidade.
Chuvas médias a fracas raramente 
reduzem a visibilidade à superfície para 
menos de 1,5 km. 
O chuvisco e a neve, em geral, reduzem 
a visibilidade em um grau maior que a 
chuva. 
Nevascas fortes podem reduzir a 
visibilidade a zero.
(2) Névoa e nevoeiro;
Névoa seca e névoa úmida.
Partículas de poeira. Partículas de água.
(3) borrifos ou espuma do mar 
arrastada pelo vento
Bretanha, França.
Inglaterra
(4) Poeira ou areia; 
China, próximo ao deserto de Gobi.