APOSTILA DE CLIMATOLOGIA - PARTE 3

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4 – TEMPERATURA DO SOLO E DO AR 
 
4.1 – Temperatura do Solo 
 
 O saldo instantâneo de radiação é variável no tempo (Figuras 4.1.1). Do nascer 
ao pôr-do-sol, há um saldo positivo e esse saldo positivo é responsável pelo 
aquecimento da superfície. Durante o período noturno, a ausência de radiação solar 
determina que o saldo seja negativo, sendo esse saldo responsável pelo resfriamento da 
superfície do solo. Portanto, o aquecimento e o resfriamento da superfície do solo são 
decorrentes do balanço de radiação. Assim, a temperatura da superfície do solo tem o 
seu valor mínimo no momento em que o balanço de radiação passa de negativo para 
positivo, aumentando ao longo do dia até alcançar seu valor máximo quando o balanço 
de radiação é máximo. A partir desse instante, a temperatura da superfície começa a 
diminuir com a redução do balanço de radiação até alcançar novamente seu valor 
mínimo na manhã do dia seguinte. 
 
 
 
 
Figura 4.1.1 – Saldo de radiação instantâneo sobre a superfície do solo mostrando a 
emissão da terra no período diurno na presença do sol (área I), a 
radiação solar absorvida pela superfície do solo (áreas I e II) e a 
radiação terrestre emitida durante o período noturno (área III). 
 
 
 A quantidade de energia oriunda da radiação que chega à superfície do solo é 
dependente da latitude local e varia de acordo com as estações do ano. Esse aspecto 
determina também respectivas variações na temperatura da superfície do solo conforme 
a época do ano e a posição geográfica do local considerado. 
A medida que se aprofunda no perfil do solo, há também uma variação térmica 
não coincidente com o que ocorre na superfície, que se deve às propriedades físicas do 
solo e é, portanto, variável com o local (Figura 4.1.2). O processo de transferência de 
energia da superfície para o interior do solo se dá por condução, ou seja, pelo transporte 
molecular que exige contato íntimo entre as partículas que estão envolvidas no 
transporte energético. Como todo processo de transferência de energia não ocorre com 
uma eficiência de 100%, a medida que se aprofunda no perfil do solo, a energia contida 
nessas camadas é inferior àquela observada nas camadas mais superficiais, portanto, a 
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temperatura (e a amplitude térmica) nessas camadas mais profundas é igualmente 
inferior àquelas observadas nas camadas mais superficiais. 
 
 
 
 
Figura 4.1.2 – Tautócrono de temperaturas médias mensais de um solo. 
 
 
4.1.1. – Variação da Temperatura do Solo no Perfil 
 
 Uma forma empírica de se estimar a amplitude térmica e a temperatura de um 
ponto no perfil do solo é utilizando a Equação 4.3.1. 
 
 








×







×
−×∆=∆ z
D
V
TT aoz 2
exp (Equação 4.3.1) 
Em que: ∆Tz = amplitude térmica à profundidade “z” (°C), 
∆To = amplitude térmica à superfície (°C), 
Va = velocidade angular da terra (2pi rad d-1), 
D = difusividade térmica do solo (m2 s-1), 
z = profundidade no perfil (m). 
 
 A difusividade térmica dos solos é uma variável que depende das propriedades 
físicas do solo e do seu conteúdo de água, portanto, muda no tempo e no espaço. Alguns 
valores reais de difusividade térmica do solo considerados baixos são, por exemplo, de 
2 x 10-8 a 6 x 10-8 m2 s-1. Valores médios da ordem de 1 x 10-7 a 9 x 10-7 m2 s-1 são 
comuns de serem encontrados. 
 
4.1.2 – Medição da Temperatura do Solo 
 
 A temperatura do solo é medida com termômetros especiais denominados de 
geotermômetros. O bulbo (elemento sensor) é instalado às profundidades das quais se 
deseja saber a temperatura (geralmente a 0,02; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30; 0,50 e 1,00 m), 
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ficando a escala de leitura visível ao observador, geralmente com um ângulo de 
inclinação de 90 a 120° em relação ao eixo do termômetro (Figura 4.1.2.1). 
 
 
 
 
Figura 4.1.2.1 – Detalhe de geotermômetros instalados em solo sob diferentes 
coberturas (grama, cobertura morta e solo desnudo). 
 
 
4.2 – Temperatura do Ar 
 
 A massa de ar adjacente à superfície do solo sofre os efeitos do aquecimento e 
do resfriamento do solo decorrentes do balanço de radiação. Da mesma forma que 
acontece no perfil do solo, com transferência de energia das camadas mais superficiais 
para as mais profundas quando o saldo de radiação é positivo, e das camadas mais 
profundas para as mais superficiais quando o saldo de radiação é negativo, também há 
uma transferência de energia entre a superfície do solo e as camadas de ar adjacente a 
ela e no perfil da atmosfera devido ao gradiente térmico. 
 Entretanto, o solo é um meio sólido e o ar um meio gasoso. Por essa razão, além 
da transferência de energia pelo processo de condução de calor, na atmosfera há um 
segundo processo de transferência de energia, denominado convecção, que será 
abordado mais adiante. 
 Durante o ciclo do dia, a temperatura do ar varia de um valor mínimo alcançado 
um pouco antes do nascer do sol, até um valor máximo alcançado cerca de duas horas 
após a culminação do sol (quando o ângulo horário é igual a zero). 
 A partir da variação da temperatura do ar durante o ciclo do dia, pode-se 
determinar a temperatura máxima e a temperatura mínima para esse intervalo de tempo 
de 24 horas. Essas temperaturas são denominadas de “extremas”. Quando se considera 
um intervalo de tempo superior como, por exemplo, um mês ou um ano, pode-se obter o 
que se denomina de “máxima absoluta” e “mínima absoluta” para esse período 
considerando o valor máximo e o mínimo da temperatura do ar, independentemente do 
dia e da hora em que tais temperaturas ocorreram. Por outro lado, é possível igualmente 
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obter o que se denomina de “temperatura máxima média” e “temperatura mínima 
média” para esse mesmo intervalo de tempo, quando se calcula a média das máximas e 
das mínimas, respectivamente. Para todos os casos, dá-se o nome de “amplitude 
térmica” à diferença entre as temperaturas extremas, quer sejam absolutas ou médias. 
As temperaturas extremas são medidas às 00:00 GMT (GMT é uma sigla para 
“Greenwich Mean Time”, que significa em português, Hora Média de Greenwich), mas 
quando há frentes frias e geadas, se realizam leituras às 00:00 GMT, às 12:00 GMT e às 
18:00 GMT (horários estes em que, por convenção, são realizadas as medidas de todas 
variáveis meteorológicas na estação). 
 Há também o interesse em se saber qual é a temperatura média do ar. Nesse 
caso, a média aritmética da temperatura do ar observada a cada instante (a cada 10 
minutos, 30 minutos ou 60 minutos) do dia seria a maneira mais correta de apresentar 
esse valor. Entretanto, nas estações climatológicas esse valor é estimado 
matematicamente de outra forma. 
 No Brasil, todas as estações climatológicas da rede oficial apresentam o valor da 
temperatura média do ar por meio de uma variável denominada “temperatura 
compensada”, de acordo com a Equação 4.2.1 (Serra, 1974). 
 
( )
5
2 mM120 ttttt +++×= (Equação 4.2.1) 
Em que: t = temperatura média do ar (°C), 
 t0 = temperatura do ar tomada às 00:00 GMT, ou às 20:00 h de Cuiabá 
 MT (°C), 
 t12 = temperatura do ar tomada às 12:00 GMT, ou às 08:00 h de Cuiabá 
 MT (°C), 
 tM = temperatura máxima do ar (°C), 
 tm = temperatura mínima do ar (°C). 
 
 
4.2.1 – Fatores que Afetam a Temperatura do Ar 
 
 Os principais fatores que afetam indiretamente a temperatura do ar são a latitude, 
a continentalidade e a altitude. 
 Na linha do Equador, todos os dias do ano a duração astronômica do dia é 
sempre a mesma (12 horas, quando no cálculo de N se considera o sol como um ponto). 
Mas, à medida que se afasta dalinha do Equador há um aumento na amplitude da 
duração astronômica do dia. Por conseqüência, a quantidade de radiação solar incidente 
nas superfícies dessas latitudes afastadas da linha do Equador sofre variação sazonal 
com as estações do ano, o que afeta todo balanço energético local. Por essa mesma 
razão, a amplitude térmica aumenta a medida que se distancia da linha do Equador 
(Figura 4.2.1.1). 
 
 
 
 
 
 
 34 
 
 
Figura 4.2.1.1 – Curso anual da temperatura média do ar de alguns estados brasileiros 
situados a diferentes latitudes. 
 
 
 A continentalidade, expressa em termos da distância até o mar, é um dos fatores 
que afetam a temperatura do ar. Isto porque a massa de ar dos mares é um estabilizador 
térmico que tende a reduzir a amplitude térmica do local. Locais de mesma latitude, 
porém situados mais ao interior, apresentam amplitudes térmicas superiores àqueles 
situados na região costeira. É interessante notar que, devido às características próprias 
da água (seu elevado calor específico e elevado calor latente), além da proximidade do 
ar, locais onde as condições ambientais favorecem o aumento da umidade do ar também 
apresentam pouca amplitude térmica como, por exemplo, na Floresta Amazônica; por 
outro lado, em locais secos como os desertos, a falta de umidade no ar determina que a 
amplitude térmica seja muito alta. 
 Há um efeito da altitude local sobre a temperatura também. A temperatura média 
do ar diminui com a altitude. Assim, locais situados em mesma latitude e longitude, se 
apresentarem grande variação na altitude terão temperaturas médias diferentes. Esse é 
uma condição muito fácil de perceber quando se viaja de Cuiabá (altitude de 176 m 
acima do nível do mar) para a Chapada dos Guimarães (811 m acima do nível do mar). 
 
4.2.2 – O Processo Convectivo e o Advectivo 
 
 Quando uma massa de ar adjacente à superfície se aquece, ela se expande 
(aumenta de volume) e como a quantidade de matéria continua a mesma, a 
conseqüência é uma redução na densidade dessa massa de ar. 
 Como toda massa de ar menos densa tende a subir no perfil atmosférico, essa 
massa de ar aquecida de menor densidade segue essa tendência e se eleva no perfil 
atmosférico. Por outro lado, toda massa de ar que se encontre a uma temperatura menor 
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que a do ar adjacente tenderá a se deslocar para baixo. A esse fenômeno, dá-se o nome 
de convecção livre, ou também de convecção térmica. 
 Essa movimentação para cima ou para baixo causa a turbulência com 
conseqüente tendência à homogeneização da atmosfera quanto à densidade, 
temperatura, partículas dispersas, gases e aerossóis. 
 Os movimentos advectivos estão relacionados às movimentações horizontais das 
massas de ar, ou seja, são os ventos que tem a sua origem nos gradientes de pressão. 
Esses movimentos são responsáveis pelas misturas nas massas, contribuindo tanto para 
a variação nas características de temperatura e umidade atmosféricas como também no 
conteúdo de outros componentes químicos como são os poluentes e gases do efeito 
estufa. 
 Sem os movimentos advectivos e convectivos, a atmosfera seria estática. O ciclo 
hidrológico deixaria de existir, porque uma camada de ar saturado permaneceria sobre 
os lagos, rios e oceanos. Igualmente, os seres vivos não poderiam se agregar porque o 
volume de gases produzidos por eles, impedidos de se misturarem ao ar e serem 
transportados para outros níveis no perfil atmosférico e outros locais geográficos, 
envenenariam a todos. 
 
4.2.3 – Estabilidade, Instabilidade e Neutralidade Atmosférica 
 
 Dá-se o nome de gradiente de temperatura (τ) à variável que exprime a variação 
da temperatura do ar em relação à distância vertical acima do solo (Equação 4.2.3.1). 
 
∆z
∆t
−=τ (Equação 4.2.3.1) 
Em que: τ = gradiente de temperatura (°C m-1, mas usualmente °C/100 m), 
 ∆t = diferença de temperatura entre os pontos do perfil atmosférico 
 considerado (°C), 
 ∆z = diferença de altura entre os pontos do perfil atmosférico 
 considerado (m). 
 
 
 Para saber em um determinado instante o valor do gradiente de temperatura na 
atmosfera é preciso realizar medições. 
 Devido ao aquecimento das massas de ar adjacente ao solo, quando o saldo de 
radiação passa a ser positivo, tem-se como conseqüência o início de um processo de 
convecção térmica. Porém, toda massa de ar que se eleva na atmosfera, o faz resfriando-
se de acordo com o gradiente adiabático seco, que é de 1,0°C para cada 100 m de altura. 
Ou seja, a cada 100 m que a massa de ar se desloca para cima, ela se resfria em 1,0°C. 
Isto porque essa massa de ar que se eleva na atmosfera não troca calor com o meio 
(condição esta denominada de adiabática). Como a pressão atmosférica diminui com a 
altura, a expansão da massa de ar que se eleva no perfil atmosférico é realizada às 
expensas do consumo da energia interna da própria massa de ar, diminuindo assim a sua 
temperatura. 
 Quando a massa de ar está saturada de vapor d’água, o calor latente de 
condensação ou de evaporação (caso essa massa de ar suba ou desça, respectivamente), 
determina que o valor do gradiente adiabático da temperatura com a altura seja inferior 
ao gradiente adiabático seco. Nesses casos, dá-se o nome de “gradiente adiabático 
úmido” e este pode variar de 0,4 a 1,0°C para cada 100 m, tendo como valor médio 
0,5°C/100 m. 
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 As condições de estabilidade, instabilidade e neutralidade atmosféricas são 
definidas a partir de uma comparação entre o gradiente atmosférico e o gradiente 
adiabático seco. 
 Diz-se que a atmosfera é neutra sempre e quando o gradiente térmico é igual ao 
gradiente adiabático seco. Nessa condição, toda massa de ar insaturada que se eleva no 
perfil atmosférico se resfriará ficando sempre com a mesma temperatura do meio 
circundante, portanto, com a mesma densidade e tenderá sempre a manter-se estável, 
sem subir nem descer. 
 Quando o gradiente atmosférico é superior ao gradiente adiabático seco, toda 
massa de ar que se eleva no perfil atmosférico se resfriará ficando com uma temperatura 
maior que a do meio circundante, portanto, menos densa e tenderá a continuar subindo. 
Essa condição é denominada de atmosfera instável. 
 Quando o gradiente atmosférico é menor que o gradiente adiabático seco, toda 
massa de ar que se eleva no perfil atmosférico se resfriará ficando com uma temperatura 
menor que a do meio circundante, portanto, mais densa e tenderá a voltar ao ponto de 
origem, descendo. Essa condição é denominada de atmosfera estável porque tendem a 
reduzir os movimentos convectivos. 
 A situação na qual o gradiente de temperatura do ar é igual a 3,5°C/100 m define 
uma condição atmosférica denominada de autoconvectiva, ou seja, extremamente 
instável. 
 
4.2.4 – Medição da Temperatura do Ar 
 
 A temperatura do ar se mede com termômetros (Figura 4.3.2.1) e termógrafos 
(Figura 4.3.2.2). Na estação climatológica, esses aparelhos ficam dentro do abrigo 
termométrico, para serem protegidos do efeito das intempéries (radiação solar, chuvas, 
granizo, etc.) (Figura 4.4.2.3). 
 
 
 
 
Figura 4.3.2.1 – Modelos de termômetros de extremas, sendo separados à esquerda e 
combinados à direita. 
 
 
 37 
 
 
 
Figura 4.3.2.2 – Detalhe de um termógrafo, com registro da dinâmica das temperaturas 
máxima e mínima no ciclo do dia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.4.2.3 – Abrigo termométrico à esquerda e detalhe dos aparelhos que são 
protegidos por ele. 
 
 
 
 38 
 Com o termômetro, se mede a temperatura instantânea, referente ao momento 
em que o observador faz a medição. O termógrafo permite que se obtenha o registro das 
temperaturasao longo do tempo, ou seja, se tem documentada a dinâmica temporal da 
variação térmica do local. 
 Os valores extremos de temperatura diária do ar (temperatura máxima e 
temperatura mínima) são medidos em termômetros de extrema, ou também 
denominados termômetros de máxima e mínima. Esses termômetros podem ser 
combinados ou não, dependendo do modelo e do fabricante (Figura 4.4.2.3). 
 Nota-se que as medidas de temperatura do ar são feitas em aparelhos instalados a 
1,5 m do solo, que ficam sob a proteção do abrigo termométrico. Esse é um 
procedimento adotado por todas as estações climatológicas do mundo, sendo um 
consenso internacional que padroniza as medições. 
 
4.3 – Efeitos da Temperatura nos Seres Vivos 
 
 Todos os seres vivos são afetados pela temperatura do ambiente. Há uma 
temperatura ótima e limites superior e inferior que definem uma faixa de conforto 
térmico na qual os processos de crescimento e de desenvolvimento dos organismos 
vivos opera. Fora dessa faixa, o crescimento e o desenvolvimento são negativamente 
afetados, ficam comprometidos e podem deixar de operar, o que levaria o organismo à 
morte. 
 Há várias razões que explicam esse fenômeno. Por exemplo, todo organismo 
vivo depende da atividade enzimática em seu metabolismo. Enzimas são proteínas com 
função biológica. Elas são catalisadoras de reações bioquímicas do metabolismo, 
portanto, essenciais à vida. Entretanto, as enzimas são afetadas por uma série de fatores, 
como o pH, o conteúdo de substrato, a presença de inibidores e a temperatura do meio. 
Temperaturas fora da faixa de atividade enzimática podem não somente inviabilizar a 
reação bioquímica como desnaturalizar a enzima tornando-a inativa. 
 Às temperaturas limites máxima e mínima que definem a faixa na qual um 
organismo vivo pode crescer e desenvolver-se satisfatoriamente dá-se o nome de 
“temperaturas cardinais”. 
 
4.4 – Referências Bibliográficas 
 
Geiger, R. 1980. Manual de Microclimatologia. O Clima da Camada de Ar Junto ao 
Solo. Fundação Calouste Gulbernkian, Lisboa. 556 p. 
 
Serra, A. 1974. Médias Mensais em Meteorologia. CNPq/Departamento Nacional de 
Meteorologia, Rio de Janeiro. 
 
Tubelis, A. e Nascimento, F.J.L. do. 1980. Meteorologia Descritiva. Fundamentos e 
Aplicações Brasileiras. Nobel, São Paulo. 374 p. 
 
Vianello, R.L. e Alves, A.R. 1991. Meteorologia Básica e Aplicações. Universidade 
Federal de Viçosa, Imprensa Universitária, Viçosa. 449 p.