tema 1 origem e composicao da atmsfera

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Meteorologia Geral 2011 
 
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TEMA 1 
INTRODUÇÃO. ORIGEM E COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA. 
 
1.1 Os Principais Ramos da Meteorologia e sua Aplicação 
A Meteorologia é a ciência que estuda a atmosfera Terrestre. Seus aspectos mais 
tradicionais e conhecidos são: A Previsão do Tempo e a Climatologia. 
O Tempo pode ser definido como o estado da atmosfera em determinado instante e 
lugar. 
O Clima tem sido frequentemente definido como um " tempo médio ", ou seja, um 
conjunto de condições normais que dominam uma região, obtidas das médias das 
observações durante um certo intervalo de tempo. Contudo, variações e condições 
extremas do tempo também são importantes para caracterizar uma região. O Clima 
é o conjunto de toda a informação estatística sobre o tempo em determinado local. 
A longo prazo é o clima que determina se uma região é ou não habitável e sua 
vegetação natural; num prazo mais curto, é o tempo que condiciona a segurança 
dos meios de transporte, a forma de lazer, a dispersão de poluentes e as 
actividades da agricultura. 
A Meteorologia no seu sentido mais amplo é uma ciência extremamente vasta e 
complexa, pois a atmosfera é muito extensa, variável e sede de um grande número 
de fenómenos. Contudo, certas ideias e conceitos básicos estão presentes em 
todas as áreas da meteorologia. Esses conceitos mais gerais são abordados em 
disciplinas tradicionais da Meteorologia: a Meteorologia Física, a Meteorologia 
Sinóptica, a Meteorologia Dinâmica e a Climatologia. 
Classificar exactamente os diversos ramos da Meteorologia é muito difícil. São 
áreas do conhecimento que se inter-relacionam e se sobrepõem. Pode-se identificar 
estes ramos através de vários critérios. A seguir são dados alguns exemplos desses 
critérios. 
a) Segundo a Região de Estudo: 
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 Meteorologia Tropical: furacões, desertos, interacção oceano-atmosfera, El 
Niño. 
 Meteorologia de Latitudes Médias: frentes frias, ciclones, geadas, 
nevascas, correntes de jacto. 
 Meteorologia Regional: brisa marítima, circulação de vales e montanhas, 
"ilhas de calor" urbanas, efeitos topográficos, nevoeiros. 
 Micrometeorologia: interacções superfície-atmosfera, fluxos de calor e 
massas, estabilidade atmosférica. 
 Meteorologia de meso-escala: fenômenos severos que ocorrem em 
períodos de até 1 dia em regiões localizadas, tais como tornados, "micro-
explosão", chuvas intensas, ventos fortes e linhas de instabilidade. 
b) Segundo a Aplicação: 
 Meteorologia Aeronáutica: apoio a operações de pouso e descolagem, 
planeamento de rotas e aeroportos. 
 Meteorologia Marinha: estudos de interacção ar-mar, previsão de marés e 
ondas, planeamento de rotas. 
 Meteorologia Ambiental: estudos e controle de poluição atmosférica, 
planeamento urbano. 
 Agrometeorologia: projectos agrícolas, plantio e colheitas, produtividade, 
novas espécies. 
 Hidrometeorologia: planeamento e impacto de reservatórios, controle de 
enchentes e abastecimento. 
 Biometeorologia: influência do tempo sobre a saúde, reacções e modo de 
vida do homem, animais e plantas. 
c) Segundo a técnica ou equipamento utilizados: 
 Radiometeorologia: propagação de micro-ondas em enlaces de 
telecomunicações, quantificação de precipitação por radar, deslocamento de 
tempestades, ventos com radar Doppler. 
 Meteorologia com Satélites: auxílio à previsão, balanços de energia, 
ventos, precipitação, estrutura térmica e de vapor d'água na atmosfera, 
estudos de recursos naturais e produtividade agrícola. 
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1.2 Os organismos que regulam os serviços meteorológicos a nível 
internacional e nacional. 
A nível internacional o serviço meteorológico é coordenado pela: Organização 
Meteorológica Mundial (OMM) e Organização de Aviação Civil Internacional (OACI). 
A OMM é um órgão das Nações Unidas (NU), criado em 23 de Março de 1950, com 
o fim de: 
 Facilitar a cooperação internacional no estabelecimento de redes de estações 
de observações meteorológicas e geofísicas; 
 Promover o estabelecimento e manutenção de sistemas para o rápido 
intercâmbio de informação meteorológica; 
 Promover a padronização de observações meteorológicas e assegurar a 
publicação uniforme de observações e estatística; 
 Facilitar a aplicação da meteorologia à aviação, navegação, problemas de 
água, agricultura e outras actividades humanas; 
 Proporcionar a pesquisa e o ensino da meteorologia. 
A OACI foi criada em 4 de Abril de 1947 e é também um órgão especializado das 
NU. Tem como objectivo básico: 
 Desenvolver os princípios e técnicas da navegação aérea internacional e 
fomentar o estabelecimento e desenvolvimento do transporte aéreo 
internacional. 
Em Moçambique, as actividades do Serviço de Meteorologia, são da 
responsabilidade do Instituto Nacional de Meteorologia (INAM). 
Ao INAM compete coordenar a actividade meteorológica a nível nacional em todos 
os seus domínios, nomeadamente nos da exploração e das aplicações da 
Meteorologia, com particular ênfase para a Climatologia, Agrometeorologia, 
Aeronáutica, Marinha e na Monitorização da qualidade do ar. Compete-lhe também 
dar parecer, no domínio da Meteorologia, sobre relações internacionais, 
nomeadamente no que diz respeito a acordos de cooperação e convenções 
internacionais. 
 
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1.3 Atmosfera: Composição, Origem e Estrutura Vertical 
A atmosfera, camada gasosa que envolve a Terra, é constituída de uma mistura de 
gases que varia em função do tempo, da situação geográfica, da altitude e das 
estações do ano. 
De modo geral, pode-se considerar o ar constituído de três partes principais: ar 
seco, vapor de água e partículas sólidas em suspensão. 
O ar seco é constituído por uma mistura mecânica de gases, conforme a Tabela 1.1 
e Figura 1.1: 
Tabela 1.1: Composição da atmosfera terrestre abaixo de 
100 km . 
Constituent Molecular weight Content (fraction of total molecules) 
Nitrogen 28.016 0.7808 (75.51% by mass) 
Oxygen 32.00 0.2095 (23.14% by mass) 
Argon 39.94 0.0093 (1.28% by mass) 
Water vapour 18.02 0 - 0.04 
Carbon dioxide 44.01 325 parts per million 
Neon 20.18 18 parts per million 
Helium 4.00 5 parts per million 
Krypton 83.7 1 parts per million 
Hydrogen 2.02 0.5 parts per million 
Ozone 48.00 0 - 12 parts per million 
 
 
Figura 1.1: Composição do ar seco. Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap1/cap1-2.html. 
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O oxigénio é usado pelos seres vivos na respiração, quando ele queima 
carboidratos para libertar energia para os processos químico-físico-biológicos. 
O nitrogénio, além de ser importante para o metabolismo das plantas e fazem parte 
dos aminoácidos, que são elementos estruturais das proteínas, também age como 
moderador da acção explosiva oxidante do oxigénio. 
Outros componentes ocorrem em quantidades menores mas não são menos 
importantes. 
A água, por exemplo, é responsável pela precipitação e pela fotossíntese, 
juntamente com o sol e o gás carbónico. O vapor de água é levado para o ar pela 
evaporação dos oceanos, lagos, rios, solos e plantas. 
 O gás carbónico também actua no sentido de manter a temperatura média da Terra 
e da atmosfera em níveis aceitáveis para a vida, pela sua acção de absorção dos 
raios infravermelhos emitidos pela superfície da terra, a que chamamos “efeito 
estufa”. 
O ozónio é um composto fatalpara os microrganismos. Sua concentração é muito 
pequena próximo á superfície e máxima a cerca de 
25 km
 de altura, onde ele actua 
como um absorvente de raios ultravioletas do sol, estes também nocivos á vida 
quando presentes em grandes intensidade, pelo seu efeito ionizante. 
Além desses gases que formam o ar húmido (ar seco + vapor de água), existe na 
atmosfera um conjunto enorme de partículas sólidas em suspensão, as quais 
recebem o nome de aerossóis. São provenientes: do solo, de origem orgânica ou 
inorgânica, de erupções vulcânicas, de combustão de gases, de carvão ou petróleo 
e da queima de meteoros na atmosfera. As partículas de origem inorgânicas são de 
grande interesse para o ciclo de água na atmosfera, porque são responsáveis pela 
condensação do vapor de água em gotas nas nuvens. 
 
 
 
 
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1.4 Distribuição dos gases na atmosfera 
Quase toda a atmosfera está contida nos primeiros 
100 km
 acima da superfície do 
mar. Na verdade, esta cifra é aproximada, pois não podemos afirmar que a partir de 
uma certa altura já não haja mais moléculas ou ions presentes. 
As concentrações de oxigénio, nitrogénio, árgon e gás carbónico são mais ou 
menos constantes em toda a atmosfera abaixo de 
100 km
. 
 A concentração de gás carbónico pode ser maior nas imediações de suas fontes: 
queimadas, cidades, rodovias, indústrias, ou variar durante o dia devido ao ciclo do 
metabolismo das plantas, ligado ao ciclo do sol. 
A concentração de vapor de água é, na maioria dos casos, maior próximo à 
superfície, que é mais quente e é onde se situam as fontes de humidade. 
 O ozónio tem sua concentração máxima a cerca de 
25 km
 de altura devido à acção 
dos raios ultravioletas do sol. 
Por ser um gás, atmosfera sofre a acção da pressão devido ao seu próprio peso. 
Assim, a pressão é maior próximo à superfície, pois deve suportar o peso todo da 
atmosfera acima dela. Devido a isso, também a densidade do ar é maior perto da 
superfície. 
 
1.5 Origem da Atmosfera 
De acordo com estimativas, o surgimento da atmosfera ocorreu há, 
aproximadamente, 4 bilhões de anos. Sua formação aconteceu quando o planeta 
Terra, após ter sofrido um enorme aquecimento, começou a esfriar, então do seu 
interior foi sendo expelido vapor de água, e uma considerável quantidade de gases, 
dentre outros elementos. Os mesmos se dirigiram em direcção ao espaço sideral, 
porém uma parte fixou-se ao redor do planeta, evento proporcionado pela força 
gravitacional. 
A atmosfera primitiva detinha em sua composição gases com substâncias 
venenosas, a realidade inviável à vida sofreu alterações positivas a partir do 
surgimento dos oceanos e das plantas (marinhas) que, por meio do processo de 
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fotossíntese, mudou a condição adversa. A configuração actual da atmosfera se 
consolidou há cerca de 65 milhões de anos. 
 
1.6 Estrutura Vertical da Atmosfera 
Uma vez que a composição da atmosfera é mais ou menos constante para os seus 
constituintes principais, ela não pode ser usada para identificar camadas ou regiões 
na vertical. O critério mais conveniente é o da estrutura térmica, que divide a 
atmosfera nas seguintes camadas, vistas na Figura 1.2. 
 
 
Figura 1.2: Esquerda - A atmosfera possui várias camadas, que são representadas na figura acima. 
Direicta - Ilustração do perfil vertical da atmosfera. 
 
1.6.1 Troposfera 
É a camada mais próxima á superfície da terra. Caracteriza-se por uma diminuição 
da temperatura com a altura, Á razão aproximada de 
km
C6,50
. Este fato é devido á 
transparência da atmosfera aos raios solares. A superfície da terra absorve uma 
grande quantidade de energia solar, aquece-se e fornece calor à atmosfera por 
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baixo, donde é compreensível que as camadas inferiores da troposfera sejam as 
mais quentes. É a região onde ocorre a maioria dos fenómenos meteorológicos de 
interesse e que está sob efeito mais directo da energia solar. Sua altura varia de 
cerca de 
8 km
 sobre os pólos a cerca de 
15 km
 sobre o equador. Contém 
aproximadamente 90% da massa da atmosfera. 
 
1.6.2 Estratosfera 
A estratosfera fica acima da troposfera, entre 
20
 e 
50 km
 de altura e se caracteriza 
por um aumento de temperatura com a altura. Entre a troposfera e a estratosfera 
existe uma região de transição em que a temperatura é aproximadamente constante 
ou varia muito pouco com a altura. Essa região é chamada tropopausa e é a região 
onde se encontram as correntes de jacto. 
 Na estratosfera se encontra uma região de grande concentração de ozónio, 
denominada ozonosfera, com máximo aos 
35 km
. O ozónio produzido pelos raios 
ultravioletas do sol, é um óptimo absorvente dos mesmos raios ultravioletas, que 
assim aquecem aquela região, a partir das camadas superiores, produzindo o perfil 
de temperatura característico da estratosfera: a temperatura aumenta com a altura. 
 
1.6.3 Mesosfera 
Acima da estratosfera, após uma fina camada aproximadamente isotérmica – a 
estratopausa – está a mesosfera, com a temperatura novamente decrescendo com 
a altura. Fica entre 
50
 e 
90 km
 de altura. 
 
1.6.4 Termosfera 
A termosfera corresponde à região acima dos 
100 km
, caracterizada por um rápido 
aumento da temperatura com a altura. Essa temperatura porém, é uma temperatura 
teórica, estimada através da teoria Cinética dos gases, visto que nessa região a 
densidade do ar é muitíssimo pequena (cerca de um milhão de vezes menor que a 
da superfície). Apesar da pouca densidade, essa camada, e também parte da 
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mesosfera, é rica em íons, constituindo a chamada ionsofera, que é muito 
importante pois reflecte ondas de rádio (Figura 1.4) permitindo a comunicação a 
longas distâncias ao redor da terra. 
 
Figura 1.3: Influência da Ionosfera sobre a transmissão de ondas de rádio. Fonte: 
http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap1/cap1-2.html.