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CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE METEOROLOGIA Prof. Gustavo Bastos Lyra Prof. Ednaldo Oliveira dos Santos Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 14 1.1. Introdução Meteorologia é o ramo da ciência que estuda a atmosfera terrestre, relacionando o estado físico, químico e dinâmico dos elementos e fenômenos que nela ocorrem e suas interações com a superfície terrestre e com os seres que nela habitam (Ayoade, 1986). A Meteorologia, deriva do termo grego meteoros, que significa elevado no ar, e logos, que significa estudo. A origem da palavra Meteorologia remota ao filósofo grego Aristóteles que, por volta de 350 a.C., escreveu um livro de filosofia natural intitulado "Meteorologica". Este trabalho representava os conhecimentos sobre o tempo e clima da época, assim como material astronômico, geográfico e químico. Alguns dos tópicos citados incluem nuvens, chuva, neve, vento, granizo, trovão e furacões (Ayoade, 1986). 1.1.1. Áreas da Meteorologia A Meteorologia pode ser dividida em várias áreas, definidas em função dos elementos e fenômenos que elas se ocupam ou dos processos e escalas de atuação (espacial e temporal) relacionadas, ou mesmo pelo tratamento que é dado a esses processos (físico-matemático, estatístico, físico-fisiológico). Entre as diversas áreas da Meteorologia, destacam-se: Meteorologia Física, Meteorologia Dinâmica, Meteorologia Sinótica, Meteorologia Agrícola ou Agrometeorologia, Biometeorologia, Bioclimatologia e Climatologia. Meteorologia Física: aborda os fenômenos meteorológicos como processos físicos que ocorrem na atmosfera (Figura 1.1). Exemplo: radiação, convecção, condução, evaporação e condensação. Figura 1.1. Representações dos processos de transferência de calor (radiação, condução e convecção). Fonte: COMET Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 15 Meteorologia Dinâmica: estuda as forças que atuam nos movimentos atmosféricos, associados ao tempo e o clima em termos de mecânica dos fluídos e termodinâmica (Figura 1.2). Os modelos meteorológicos numéricos para previsão de tempo e clima se baseiam nas equações da Meteorologia Dinâmica para realizarem as previsões meteorológicas. Figura 1.2. Células de circulação geral da atmosfera. Meteorologia Sinótica: estuda no contexto das dimensões horizontais e tempo de duração (dias e semanas) os fenômenos atmosféricos, visando a elaboração de mapas ou cartas sinóticas, que descrevem de forma resumida as condições atmosféricas. O acompanhamento no tempo cronológico e a análise dessas cartas permite a elaboração da previsão de tempo meteorológico (Figura 1.3). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 16 Figura 1.3. Carta sinótica da pressão ao nível médio do mar (kPa). Meteorologia Agrícola ou Agrometeorologia: estuda o efeito das condições meteorológicas nas atividades agropecuárias (Figura 1.4). Figura 1.4. Videira em desenvolvimento vegetativo. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 17 Biometeorologia ou Bioclimatologia: estuda a influência dos elementos e fenômenos atmosféricos sobre os organismos vivos (ser humano, animais e vegetal) (Figura 1.5). Figura 1.5. Adequação climática do ambiente para criação de animais. Climatologia: estudo científico do clima. Utiliza-se dos mesmos dados básicos da Meteorologia, contudo, se aplica de descrições estatísticas (média, variabilidade, anomalia, entre outros) para caracterizar o clima (Ayoade, 1986; Pereira et al., 2002). Os resultados da climatologia são usados frequentemente, pelos próprios meteorologistas, nas previsões do tempo e clima, nas aplicações da indústria, na agricultura, nos transportes, na arquitetura, na biologia, na medicina, entre outros. O intuito é identificar, explicar e explorar os padrões normais dos elementos e/ou dos fenômenos atmosféricos. Na Figura 1.6 é apresentado o mapa temático de temperatura do ar média anual para Minas Gerais. Nesta figura, observa-se que as temperaturas mais baixas são observadas na região Sul do estado, onde as altitudes são maiores devido à presença da Serra da Mantiqueira. As maiores temperaturas do ar ocorrem nas regiões Norte e Nordeste do estado, locais de menores altitudes, latitudes e precipitações (Delgado, 2007). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 18 Figura 1.6. Mapa representado como campo contínuo de temperatura do ar média anual ( o C) para o Estado de Minas Gerais. Fonte: Delgado (2007). 1.2. Elementos e Fenômenos Atmosféricos. Os elementos são grandezas meteorológicas que ocorrem continuamente na atmosfera e que transmitem ao meio atmosférico suas propriedades e características. Os principais elementos são: radiação solar, umidade do ar, temperatura do ar, pressão atmosférica e vento. Os elementos variam no tempo e no espaço e são influenciados por diversos fatores, sendo os fatores agentes causais que condicionam os elementos. Os fenômenos atmosféricos, do grego “Meteoros”, são eventos na atmosfera que ocorrem ocasionalmente, com exceção das nuvens. Eles são classificados como: # Hidrometeoros – Fenômenos formados por partículas de água (líquida ou sólida) na atmosfera (Figura 1.7). Exemplo: orvalho, nevoeiro, chuva, neve, saraiva e geada. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 19 Figura 1.7. Exemplo de Hidrometeoros: chuva (a) e neve (b). # Litometeoros - Fenômenos formados por partículas sólidas e não aquosas em suspensão na atmosfera (Figura 1.8). Exemplo: névoa seca, tempestade de poeira e fumaça. Figura 1.8. Exemplo de Litometeoros: Tempestade de poeira (a) e fumaça (b). # Fotometeoros - Fenômenos luminosos decorrentes da reflexão, refração, difração ou interferência da luz solar ou lunar (Figura 1.9). Exemplo: arco- íris, coroa e aurora. Figura 1.9. Exemplo de Fotometeoros: Arco-Íris. (a) (b ) (a) (b ) Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 20 # Eletrometeoros - Manifestação audível e/ou visual proveniente da eletricidade atmosférica (Figura 1.10). Exemplo: Trovão, relâmpago, fogo de Santelmo e aurora polar. Figura 1.10. Exemplo de Eletrometeoros: Aurora Polar. # Eolometeoros - Fenômenos que apresentam manifestação de intensa movimentação de ar e de efeito destruidor (Figura 1.11). Exemplo: Furacões, tornados, tempestades. Figura 1.11. Exemplo de Eolometeoros: Tornado (a) e Furacão (b). 1.3. Tempo e Clima TEMPO - É o estado momentâneo (instantâneo) da atmosfera em termos meteorológicos. Ou seja, é o estado atual da atmosfera em determinado local e instante, caracterizado pelos seus elementos (temperatura e umidade do ar, velocidade e direção do vento, radiação, pressão atmosférica), fenômenos (chuva, granizo, nevoeiro, neblina, entre outros) e nuvens (Figura 1.12). O tempo meteorológico possui normalmente variações da ordem de um dia e varia no tempo cronológico e no espaço. (a) (b ) Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 21 Figura 1.12. Exemplo de análise sinótica (tempo) da atmosfera. Fonte: CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. CLIMA - Conjunto habitual (predominante) flutuante dos elementos físicos, químicos e biológicos que caracterizam a atmosfera de um local e influenciam nos seres que nele habitam.Definido também como o sequenciamento médio de longo tempo (em torno de 30 anos) das condições de tempo meteorológico predominantes em determinado local. A palavra clima deriva do grego e significa “inclinação” referindo-se a curvatura da Terra, que condiciona, em grande parte, os diferentes tipos climáticos terrestres. As normais climatológicas representam as condições médias (30 anos) do estado da atmosfera do local e isso possibilita se caracterizar o CLIMA e sua comparação entre localidades (Sentelhas & Angelocci, 2009) (Figura 1.13). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 22 Figura 1.13. Exemplo de análise climatológica da precipitação (mm) para o Brasil. Fonte: CPTEC – Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. 1.4. Escalas do Movimento Atmosférico A circulação atmosférica é influenciada por diversos fatores, como por exemplo, tipos de superfície (solo nú, oceanos ou vegetação), relevo, concentração de gases na atmosfera (vapor d’água, aerossóis, entre outros), radiação solar e terrestre, que nem sempre são simples de serem estudados. Como forma de simplificar essa grande quantidade de fatores no estudo das circulações atmosféricas, costuma-se categorizar os diversos sistemas de circulação de acordo com sua dimensão horizontal e tempo de atuação. Na atmosfera, pode-se praticamente encontrar circulações de qualquer tamanho, desde o microscópio movimento molecular até oscilações com escalas da ordem do perímetro da Terra. Todos esses diferentes tamanhos, ou escalas de movimento, são interdependentes. Assim, a turbulência produzida por uma montanha pode não ocorrer, a menos que exista um vento produzido por uma circulação maior que a própria montanha. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 23 Com base na escala espacial de atuação, os movimentos atmosféricos podem ser divididos em três grandes categorias: Macroescala, Mesoescala e Microescala. Macroescala: trata dos fenômenos em escala planetária (> 200 km), que caracterizam o clima de grandes áreas pelos fatores geográficos (altitude e latitude) e tipo de superfície (continente e oceano). Esta escala é a mais utilizada quando se estuda Climatologia, Mudanças Climáticas, Meteorologia Sinótica e Dinâmica. Na Figura 1.14 temos a reflexão da radiação da superfície da Terra, chamado de albedo, ou seja, quanto maior for a reflexão menor será o calor acumulado como, por exemplo, o gelo. Figura 1.14. Albedo da superfície. Fonte: http://glovis.usgs.gov/. Mesoescala: Fenômenos em escala local ou regional (20 – 200 km), em que a topografia condiciona o (topo ou meso) clima pelas condições de relevo local. A exposição do local (definida pelas coordenadas celestes: N, S, E ou W), a configuração (vale, espigão, encosta) e a inclinação do terreno determinam o clima local (Figura 1.15). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 24 Figura 1.15. Circulação local de ventos nos Andes. Fonte: COMET. Em Mesoescala estão associados sistema meteorológicos, como por exemplo, às Linhas de Instabilidade (LIs) e os Complexos Convectivos de Mesoescala (CCMs) (Figura 1.16). Ambos são responsáveis por eventos meteorológicos severos (chuva intensa, rajadas de vento, descargas elétricas, granizo, entre outras). Os CCMs e as LIs correspondem a uma categoria extrema dos Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCMs), tal como a supercélula (Figura 1.16) é um tipo extremo de tempestade. O CCM é um agrupamento de nuvens tipo Cumulonimbus (Cbs) cujas bigornas formam uma cobertura contínua de gelo que dá o aspecto típico visto nas imagens de satélite. Figura 1.16. Chegada de uma supercélula. Fonte: Imagem obtida M. Weisman. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 25 Microescala: É aquela que condiciona o clima em pequena escala (microclima) (< 2 km), sendo função do tipo de cobertura do terreno (solo nu, gramado, floresta, cultura rasteira, represa, etc.). O fator principal é a cobertura do terreno e cada tipo de cobertura tem influência própria sobre o microclima (Figura 1.17). Figura 1.17. Diferentes coberturas do terreno condicionando um microclima para floresta (a) e cultura do milho (b). 1.5. Estação (Posto) Meteorológica e Observações Meteorológicas A estação ou posto meteorológico é o local onde é instalado convenientemente um conjunto de instrumentos, que permitem descrever de maneira sucinta as condições meteorológicas ocorrentes no momento da observação meteorológica. Uma observação meteorológica consiste de uma sequência de procedimentos, executados conforme determinadas normas, destinada a avaliação quantitativa e, ou qualitativa de elementos ou fenômenos meteorológicos que representam a atmosfera no momento da observação (Mota, 1983). As observações meteorológicas podem ser obtidas em altitude (através de radiossonda, satélite e radar, sendo mais usadas em estações sinóticas) e à superfície. Na superfície as observações são realizadas em estações convencionais e/ou estações automáticas. O diagrama abaixo ilustra essa estruturação (Figura 1.18). Contudo, neste momento iremos estudar apenas as observações meteorológicas realizadas à superfície. (a) (b ) Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 26 Figura 1.18. Diagrama da estrutura das observações meteorológicas. 1.6. Estações Meteorológicas Convencionais As observações dos elementos e fenômenos meteorológicos que ocorrem na troposfera ao nível da superfície terrestre podem ser feitas por instrumentos com leitura direta ou através de instrumentos registradores. As leituras devem ser sistemáticas, ou seja, padronizadas no tempo; uniformes, e com pessoas treinadas e devem ser ininterruptas, não podendo haver falhas. No Brasil, na rede oficial de estações convencionais as leituras são feitas às 9, 15 e 21 horas de Brasília que correspondem as 12, 18 e 24 horas GMT (termo de língua inglesa que significa Tempo Médio de Greenwich), a partir daqui seguiremos o padrão GMT. 1.6.1. Classificação quanto ao número de elementos observados a) Principal: Estações de superfície que possuem instrumentos para medida de todos os elementos meteorológicos, possibilitando caracterização detalhada das condições meteorológicas presente e sua evolução. b) Ordinária: São aquelas que não medem a pressão atmosférica, a velocidade e a direção dos ventos e a irradiação solar global, porém possuem os principais elementos para fins agrometeorológicos. OBSERVAÇÕES ALTITUDE SUPERFÍCIE Convencional Automática Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 27 c) Termo-Pluviométricas: São estações que medem apenas a temperatura do ar (máxima e mínima) e a chuva. Caracterizam as estações utilizadas particularmente em ambientes agrícolas. 1.6.2. Classificação das estações quanto ao tipo das observações As estações meteorológicas podem ser classificadas nas seguintes categorias, dependendo do tipo de observação realizadas nelas: Sinótica, Climatológica, Agrometeorológica, Aeronáutica e Especiais (Mota, 1983). a) Estação Sinótica: objetiva a previsão do tempo. As medições realizadas são direção e velocidade do vento, temperatura do ar, umidade relativa do ar, chuva, pressão atmosférica, nuvens e geadas. As observações são realizadas em horários comuns (06, 12, 18 e 24 GMT), que para o fuso horário do Brasil, corresponde às 03, 09, 15 e 21 horas de Brasília. b) Estação Climatológica: tempor finalidade obter dados meteorológicos para caracterizar o clima de uma região. Para caracterização do clima a Organização Meteorológica Mundial (OMM) recomenda um histórico de no mínimo 30 anos de observação. As medições realizadas são direção e velocidade do vento, temperatura do ar, umidade relativa do ar, chuva, pressão atmosférica, nuvens, geadas, temperatura do solo, evapotranspiração, orvalho, evaporação e radiação solar. As leituras são realizadas às 09, 15 e 21 horas de Brasília, ou seja, 12, 18 e 24 GMT. c) Estação Agrometeorológica: tem por finalidade fornecer informações para estudar a influencia do tempo (elementos meteorológicos) sobre as atividades agrícolas. Além de realizar observações biológicas, tais como, crescimento e desenvolvimento das culturas, que permitem avaliar a influência do meio físico nos processos biológicos. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 28 d) Estação Aeronáutica: Realiza observações meteorológicas necessárias à segurança do transporte aeronáutico. Estão instaladas nos grandes aeroportos e fazem inúmeras observações de hora em hora. Seus dados podem também ser usados para fins sinóticos (previsão do tempo) ou climatológicos. e) Estações Especiais: Todas as demais estações com qualidades distintas enquadraram-se como tais. Como exemplos: Estações Ozonométricas (medem concentrações de ozônio), Estações Micrometeorológicas, Estações Actinométricas, Estações Radiométricas, Estações Ozonométricas, Estações de Radar, Estações de Recepção de Dados de Satélites Meteorológicos, Plataformas Automáticas de Coletas de Dados, entre outras (Vianello & Alves, 1992). Ressalta-se que existem diversas estações que executam vários tipos de observação, e assim, podem ser classificadas em mais de uma das categorias acima. 1.6.3. Instalação - Estação Meteorológica Convencional Os requisitos básicos para a escolha do local a ser instalada a estação meteorológica são: Local representativo da paisagem geográfica da região (abrangência de aproximadamente 150 km de raio ao redor da estação); Declive mínimo; Horizontes abertos (amplos) – exposição aos ventos predominantes da região, devendo-se não instalar em fundo de vale, nem no topo de morros e montanhas; Distante de obstáculos naturais e/ou artificiais; Solo deve ser representativo da região, plano, que não acumulem água e devendo a superfície ser gramada a fim de minimizar os efeitos das diferentes texturas da superfície; Distante de grandes massas (corpos) d’água (lagos) ou de rios; Localização geográfica: deve possuir as coordenadas geográficas, ou seja, latitude, longitude e altitude. Orientação no Hemisfério Sul: o acesso da estação deve ser voltado para o sul. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 29 Montagem: a área que os aparelhos devem ocupar deve ser tal que evite o sombreamento ou interferência de um equipamento sobre outro. A estação deve ser cercada a fim de evitar a entrada de animais na área. A tela deve ser de arame galvanizado com malha de 5 cm e 1,5 m de altura, segundo a Organização Meteorológica Mundial (OMM). O terreno deve ser plano, gramado e bem drenado. Junto à estação deve existir um escritório (casa) de alvenaria que tem por finalidade conter os instrumentos de medida de pressão atmosférica. Localização dos Instrumentos: A finalidade é que um instrumento não interfira na medição do outro. Na porção norte instalam-se os instrumentos que não podem ser sombreados como o heliógrafo, actinógrafo, geotermômetros, tanques de evaporação, pluviômetros e evapotranspirômetros. Na porção central deve ser instalado o abrigo meteorológico ou abrigo termométrico, o qual deve ter a porta voltada para o sul, no Hemisfério Sul, e norte no Hemisfério Norte. Na porção sul são instalados aparelhos mais altos como, por exemplo, o anemômetro. Cuidados Gerais: A grama deve ser cortada periodicamente a fim de mantê-la com 10 cm de altura evitando-se o sombreamento de equipamentos como, por exemplo, o radiômetro de Gun-Belani. Os equipamentos devem ser calibrados periodicamente. Cercas e mourões devem ser pintados de branco e as portas da estação e do abrigo devem ser mantidas fechadas. 1.6.4. Tamanho, Forma e Construção - Estação Meteorológica Convencional # Estação Principal: O tamanho total da área instrumental é de 12 x 18m (Figura 1.19). Área instrumental retangular alinhada na direção N-S verdadeira. Abrigo termométrico porta voltada para a direção do hemisfério onde se situa a estação (S no HS e N no HN). Escritório (3,5 x 2,5 m) afastado 2m do lado E do cercado. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 30 Figura 1.19. Planta baixa de uma Estação Meteorológica Convencional Principal. Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). # Estação Ordinária: - O tamanho total é de 3 x 4m (Figura 1.20). - Área instrumental retangular alinhado N-S verdadeiro. - Abrigo termométrico pequeno, com porta voltada para a direção do hemisfério onde se situa (S no HS e N no HN). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 31 Figura 1.20. Planta baixa de uma Estação Meteorológica Convencional Ordinária. Fonte: Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). 1.6.5. Tipos de instrumentos usados nas observações à superfície em uma estação convencional Dentro de uma estação ou posto meteorológico convencional (sinótico, climatológico e agrometeorológico) encontramos uma série de instrumentos ou aparelhos. Estes instrumentos são classificados como: Medidores ou Leitura Direta: São aqueles cujos nomes terminam pelo sufixo metro. Capazes de indicar, apenas, o valor assumido pelo elemento meteorológico no momento da observação, ou seja, considerado em um determinado instante. Todos os instrumentos de leitura direta possuem um órgão sensível que é específico para cada um. Exemplo: A temperatura é medida por termômetro e seu órgão sensível é chamado de bulbo. Registradores: São aparelhos que registram de forma contínua, em papel especial, a variação do elemento ou fenômeno que está sendo observado, num dado intervalo de tempo (24 horas ou uma semana). Seus nomes terminam pelo sufixo grafo e apresentam a seguinte constituição: - Órgão Sensível: Específico para cada aparelho. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 32 - Mecanismo de Transmissão: Tem a função de ampliar o movimento do órgão sensível, possuindo em uma de suas extremidades uma pena registradora, onde se coloca tinta. - Mecanismo de Registro: Composto de tambor de relojoaria (a duração de sua rotação pode ser diária ou semanal), diagrama (papel especial, colocado ao redor do tambor de relojoaria, adequado a cada tipo de observação e recebendo um nome específico) e pena registradora. Exemplo: A temperatura é registrada pelo termógrafo e o seu diagrama é chamado de termograma. 1.6.6. Local de instalação dos instrumentos Na estação meteorológica convencional os instrumentos são instalados de três maneiras, a saber: i. Ar Livre: São distribuídos pelo gramado, ficando expostos ao tempo. ii. Abrigo Meteorológico (Termométrico): Finalidade: Proteger os aparelhos, que determinam a temperatura e umidade do ar, das radiações (solar e terrestre), dos ventos e das precipitações. Características: 1) Deverá ser construído em madeira, por ter baixo coeficiente de condutividade térmica; 2) Deverá ser pintado com cor reflexiva,preferencialmente branca ou prateada; 3) As portas do abrigo deverão abrir para o lado do hemisfério em que o lugar estiver situado (no Brasil para o Sul); isto é para evitar a incidência direta da radiação solar sobre os aparelhos, quando necessitarmos abrir suas portas; 4) Deverá ser construído dentro do princípio da ventilação natural e para isso suas paredes são duplas e com persianas, sendo estas invertidas; 5) Seu fundo deverá ser apenas protegido por uma tela; 6) A altura do fundo do abrigo até o solo é de 1,20m. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 33 iii. Escritório: Local onde o observador meteorológico faz o trabalho de escrita (anotações cálculos). Deve ser ressaltado que em uma estação ordinária não há escritório. 1.6.7. Finalidades dos instrumentos De acordo com a finalidade os instrumentos são instalados ao Ar Livre, no Abrigo Meteorológico (Termométrico) ou no Escritório do Observador, como segue. I. Ar Livre: São distribuídos pelo gramado, ficando expostos ao tempo (Figura 1.21). Medidores: 1) Catavento: Mede a velocidade e direção do vento (m/s). 2) Anemômetro: Mede a velocidade e direção do vento (graus). 3) Evapotranspirômetro: Mede a evapotranspiração vegetal, sendo encontrado em postos agrometeorológicos (mm). 4) Geotermômetro: Mede a temperatura do solo (ºC). 5) Pluviômetro: Mede a quantidade de precipitação pluvial (mm). 6) Tanque de Evaporação: Mede a evaporação (mm). Registradores: 1) Actinógrafo: Registra a quantidade de radiação solar (cal/cm²d). 2) Heliógrafo: Registra o número de horas de brilho solar (insolação) (horas). 3) Anemógrafo: Registra a velocidade e direção do vento (m/s). 4) Evaporígrafo: Registra a evaporação da água (mm). 5) Geotermógrafo: Registra a temperatura do solo (ºC). 6) Pluviógrafo: Registra a quantidade e intensidade de precipitação pluvial (mm/h). 7) Orvalhógrafo: Registra o orvalho (mm). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 34 Figura 1.21. Imagem mostrando a estação meteorológica e seus instrumentos ao ar livre. Fonte: http://agro.unitau.br/ppgca2/fotos/. II. Dentro do Abrigo Meteorológico (Termométrico): O abrigo termométrico tem por finalidade manter determinados instrumentos protegidos da incidência direta da radiação solar, velocidade do vento e chuva, e ao mesmo tempo, permitir o contato direto desses instrumentos com o ar livre, baseado na ventilação natural. Medidores: 1) Termômetro comum ou ordinário: Mede a temperatura do ar; 2) Termômetro de máxima: Mede a temperatura máxima do ar; 3) Termômetro de mínima: Mede a temperatura mínima do ar; 4) Psicrômetro: Serve para determinar a umidade relativa do ar; 5) Evaporímetro: Mede a evaporação à sombra. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 35 Registradores: 1) Termógrafo: Registra a temperatura do ar; 2) Higrógrafo: Registra a umidade relativa do ar; 3) Higrotermógrafo ou Termohigrógafo: Registra a umidade relativa e temperatura do ar (substitui os dois anteriores). A Figura 1.22 mostra o abrigo meteorológico e a distribuição dos instrumentos dentro do mesmo. Figura 1.22. Imagem mostrando o abrigo meteorológico e os aparelhos em seu interior. Fonte: http://www.ufjf.br/labcaa/equipamentos/. Ressalta-se que o abrigo da estação meteorológica ordinária é menor e não contém o Evaporímetro. III. Dentro do Escritório: Medidor: 1) Barômetro: Mede a pressão atmosférica do ar. Registrador: 1) Barógrafo: Registra a pressão atmosférica do ar. A Figura 1.23 mostra exemplos de barômetro e barógrafo. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 36 Figura 1.23. Imagens mostrando instrumentos de pressão atmosférica instalados dentro do escritório do posto meteorológico. Fonte: http://agro.unitau.br/ppgca2/fotos/. 1.6.8. Horários das observações meteorológicas No Brasil, na rede oficial de estações convencionais as leituras são feitas às 09, 15 e 21 horas de Brasília que correspondem às 12, 18 e 24 horas GMT. A seguir são apresentados estes períodos de tempo realizados nas estações convencionais, principalmente sinóticas, onde seguem os procedimentos da OMM (WMO, 2010). 1ª Observação – 09h00 no Brasil (12h00 GMT): APARELHO OBSERVAÇÃO MANUTENÇÃO Anemômetro Fazer a Leitura - Pluviômetro Fazer a Leitura Retirar a precipitação Termômetro de Máxima Fazer a Leitura Voltar a coluna Termômetro de Mínima Fazer a Leitura Voltar os halteres Termômetro de Bulbo Seco Fazer a Leitura - Termômetro de Bulbo Úmido Fazer a Leitura Colocar a água Evaporímetro Fazer a Leitura Verificar o nível da água Geotermômetro Fazer a Leitura - Anemógrafo Retirar o diagrama Colocar diagrama novo e dar corda Pluviógrafo Retirar o diagrama Colocar diagrama novo e dar corda Termógrafo Retirar o diagrama Colocar diagrama novo e dar corda Higrógrafo Retirar o diagrama Colocar diagrama novo e dar corda Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 37 2ª Observação – 15h00 no Brasil (18h00 GMT): APARELHO OBSERVAÇÃO MANUTENÇÃO Anemômetro Fazer a Leitura - Pluviômetro Fazer a Leitura Retirar a precipitação Termômetro de Bulbo Seco Fazer a Leitura - Termômetro de Bulbo Úmido Fazer a Leitura Verificar o nível da água Geotermômetro Fazer a Leitura - 3ª Observação – 21h00 no Brasil (24h00 GMT): APARELHO OBSERVAÇÃO MANUTENÇÃO Anemômetro Fazer a Leitura - Pluviômetro Fazer a Leitura Retirar a precipitação Termômetro de Máxima Fazer a Leitura Voltar a coluna Termômetro de Mínima Fazer a Leitura Voltar os halteres Termômetro de Bulbo Seco Fazer a Leitura - Termômetro de Bulbo Úmido Fazer a Leitura Verificar o nível da água Geotermômetro Fazer a Leitura - Actinógrafo Retirar o diagrama Colocar diagrama novo e dar corda Heliógrafo Retirar a tira heliográfica Colocar a tira nova Quando os aparelhos registradores utilizam diagramas semanais, sua troca deve ser feita às segundas-feiras. Observação: O total da precipitação de um dia corresponde ao somatório das leituras do pluviômetro feitas nos horários das 09h00, 15h00 e 21h00 no Brasil. 1.7. Estações Meteorológicas Automáticas Uma estação meteorológica automática coleta, de minuto em minuto, as informações meteorológicas (temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica, precipitação, direção e velocidade do vento e radiação solar) representativas da área em que está localizada. A cada hora, estes dados são integrados e disponibilizados para serem transmitidos, via satélite ou telefonia celular, para um dado local, por exemplo, a sede do Instituo Nacional de Meteorologia (INMET), em Brasília. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 38 O conjunto dos dados recebidos é validado, através de um controle de qualidade e armazenado em um banco de dados. Além disto, os dados estão disponíveis gratuitamente online (www.inmet.gov.br/sonabra/maps/pg_automaticas.php) para a elaboração da previsão do tempo e dos produtos meteorológicos diversos de interesse de usuários setoriais e do público em geral e para uma vasta gama de aplicações em pesquisa, como por exemplo, Meteorologia, hidrologia e Oceanografia. A estação meteorológica automática inclui os seguintes subsistemas: a) Coleta de dados; b) Controle e armazenamento; c) Energia (painel solar e bateria); d) Comunicação. A coleta de dados é feita través de sensorespara medição dos elementos meteorológicos a serem observados. As medidas tomadas, em intervalos de minuto a minuto, e integradas no período de uma hora, para serem transmitidas, são: # Temperatura do ar (instantânea, máxima e mínima); # Umidade relativa do ar (instantânea, máxima e mínima); # Temperatura do ponto de orvalho (instantânea, máxima e mínima); # Pressão atmosférica do ar (instantânea, máxima e mínima); # Velocidade do vento instantânea; # Direção do vento; # Intensidade da rajada do vento; # Radiação solar; # Precipitação acumulada no período. 1.7.1. Tamanho, Forma e Construção - Estação Meteorológica Automática - Área instrumental retangular alinhado N-S verdadeiro. Uma estação meteorológica automática deve ser instalada em uma área gramada fechada com um cercado de tela metálica de 14 x 18 m e um mínimo de 50 m 2 livre de efeitos de construções ao seu redor e protegida contra roubo e vandalismos (Figura 1.24). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 39 Figura 1.24. Croqui do cercado de uma Estação Meteorológica Automática (vista de cima e de lado). Fonte: http://www.inmet.gov.br/portal/css/content/topo_iframe/pdf/Nota_Tecnica- Rede_estacoes_INMET.pdf. Figura 1.25. Exemplos de estações meteorológicas automáticas. Fonte: http://www.inmet.gov.br/portal/css/content/topo_iframe/pdf/Nota_Tecnica-Rede_estacoes_INMET.pdf. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 40 1.8. Estação de Altitude - Radiossondagem A radiossonda é um conjunto de instrumentos e sensores para medir a variação vertical da temperatura e umidade do ar e pressão atmosférica, além da velocidade e direção do vento, enquanto é elevada na atmosfera até alturas típicas da ordem de 30 km, por um balão inflado com gás hélio (Figura 1.26). Figura 1.26. Radiossonda ascendendo na atmosfera por um balão com gás hélio. O deslocamento da sonda é registrado por uma antena GPS que permite a medida da direção e velocidade do vento. Os dados observados, minuto a minuto, são enviados via rádio para a estação receptora no solo que os processa, gera uma mensagem codificada e a envia para o Centro Coletor, onde ocorrerá a distribuição global. A Rede de Estações de Altitude no Brasil conta com aproximadamente 40 estações e está distribuída entre INMET, Departamento de Controle do Espaço a Aéreo (DECEA) e Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha (DHN), que são órgãos operacionais. 1.9. Radar Meteorológico O radar começou a ser usado para fins meteorológicos após a última guerra mundial, quando o radar deixou de ser usado apenas para finalidades militares. A palavra RADAR deriva da expressão “Radio Detection And Ranging”, ou seja, o uso das ondas de rádio na detecção de objetos e na medida das distâncias dos mesmos (Vianello & Alves, 1992). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 41 As imagens de radar meteorológico são fundamentais para a detecção de tempestades. O exemplo abaixo (Figura 1.27) mostra a imagem de um radar localizado no Sumaré-RJ. Estas imagens são atualizadas a cada dois minutos e permitem observar a localização, o deslocamento e a intensidade da precipitação (chuva, granizo). A refletividade captada pelo radar (legenda) pode ser relacionada à intensidade da precipitação. Quanto maior o valor em decibéis (dbz), maior é a intensidade da formação. Figura 1.27. Imagem do radar meteorológico localizado em Sumaré-RJ. Fonte: http://www.climatempo.com.br/alerta-rio/radar.php. 1.10. Satélites Meteorológicos Um satélite meteorológico é um tipo de satélite artificial, que é principalmente usado para monitorar o tempo e o clima da Terra, embora monitorem também os efeitos da atividade humana, como uso de iluminação em cidades, queimadas, níveis de poluição, além das auroras polares, tempestades de raios e poeira, superfícies cobertas por neve e gelo, desmatamento e correntes oceânicas, entre outros. Além disso, as imagens dos satélites meteorológicos ajudam no monitoramento das nuvens liberadas por vulcões e também da fumaça de queimada de florestas (Figura 1.28). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 42 Figura 1.28. Exemplo de Satélite Meteorológico: GOES-8. 1.10.1. Satélite Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) O GOES é um satélite com cinco canais espectrais na faixa do visível (0,55 - 0,75 μm), três canais infravermelhos (3,8 - 4,0 μm, 10,2 - 11, 2 μm, 11,5 - 12, 5 μm) e um canal para o vapor d’água (6,5 - 7,0 μm). No canal visível, a resolução é de 1 km. Nos canais do infravermelho, a resolução é de 4 km. Para o canal do vapor d’água, a resolução é de 8 km. 1.10.2. Satélite METEOSAT São satélites geoestacionários europeus mantidos pela EUMETSAT (Organização Europeia para a Exploração de Satélites Meteorológicos). A altitude dos satélites é de 35.800 km. Seu campo de imagem (42% da superfície da Terra) é restrito à sua localização sobre na vertical sobre a intersecção do Equador com o meridiano de Greenwich. Equipado com um sensor espectral, ele explora a superfície terrestre por faixas. Para cada pixel desta faixa, se obtém a energia irradiada para diferentes gamas espectrais. Os três espectros do METEOSAT são o Visível (0,45 – 1,00 μ m). O infravermelho (10,5 – 12,5 μ m) e vapor d’ água (5,7 – 7,1 μ m). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 43 Referências do Capítulo AYOADE, J. O. Introdução à Climatologia para os Trópicos. Difel, 2006. DELGADO, R. C. Avaliação de Modelos Físico-Matemáticos para Estimativa da Umidade Relativa do Ar e Déficit de Pressão de Vapor a partir de Dados de Temperatura do Ar. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 107p, 2007. MOTA, F. S. da. Meteorologia Agrícola. Nobel, São Paulo, 1983. SENTELHAS, P. C. & ANGELOCCI, L. R., 2009. Definições e Conceitos. Slides de Aula da Disciplina LCE 360 – Meteorologia Agrícola, ESALQ/USP. TUBELIS, A. & NASCIMENTO, F. J. F. Meteorologia Descritiva: Fundamentos e Aplicações Brasileiras. São Paulo: Nobel, 1980. 374 p. VAREJÃO-SILVA, M.A. Meteorologia e Climatologia. Brasília: Inmet, 2001. 531p. VIANELLO, R L. & ALVES, A. R. Meteorologia Básica e Aplicações. Viçosa: UFV – Imprensa Universitária, 1992. 449 p. WMO, 2010. Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. World Meteorological Organization, WMO-No. 8, 2008 Edition, Updated in 2010. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 44 Exercícios Resolvidos 1) O que é Meteorologia? Resposta: É o ramo da ciência que estuda a atmosfera terrestre, relacionando o estado físico, químico e dinâmico dos elementos e fenômenos que nela ocorrem e suas interações com a superfície terrestre e com os seres que nela habitam. 2) O que é uma estação Meteorológica? Resposta: Local onde é instalado convenientemente um conjunto de instrumentos que descrevem de maneira sucinta as condições meteorológicas ocorrentes no momento da observação. 3) Quais os requisitos para instalação de uma estação meteorológica de superfície? Resposta: Local representativo da paisagem geográfica da região (abrangência de aproximadamente 150 km 2 ao redor da estação); Declive mínimo; Horizontes abertos (amplos) – exposição aos ventos gerais da região, devendo-se não instalar em fundo de vale; Distante de obstáculos naturais e/ou artificiais; Solo deve ser representativo da região, plano, que não acumulem água e deve ser gramada a fim de minimizar os efeitos das diferentes texturas; Distante de grandes massas (corpos) de água (lagos) ou de rios; 4) O que é um aparelho medidor? Resposta: São aqueles cujos nomes terminam em metro. Medem as observações que estão sendo realizadas e todos possuem um órgão sensível que é específico para cada elemento medido. 5) Quais os locais de instalação dos instrumentos dispostos em uma estação meteorológica convencional? Resposta: Ar Livre, Abrigo Meteorológico ou termométrico e Escritório. 6) Quais os instrumentos de leitura direta instalados ao ar livre? Resposta: Catavento, Anemômetro, Evapotranspirômetro, Geotermômetro, Pluviômetro e Tanque de Evaporação. 7) Quais os instrumentos registradores instalados dentro do abrigo meteorológico? Resposta: Termógrafo, Higrógrafo, Higrotermógrafo ou Termohigrógafo. 8) Quais os períodos de observações usadas no Brasil? Resposta: No Brasil as leituras são feitas às 09, 15 e 21 horas. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 45 Exercícios Propostos 1) Qual a diferença entre Tempo e Clima? 2) Defina elementos e fenômenos meteorológicos e dê exemplos. 3) Quais os tamanhos, formas e construções das estações meteorológicas principais e ordinárias? 4) Qual a diferença entre medidores e registradores? 5) Quais os registradores instalados ao ar livre? 6) Qual o local de instalação do barógrafo e do barômetro? 7) Como é obtido o total de precipitação de um dia? 8) Quais as diferenças existentes entre a estação meteorológica automática e a estação meteorológica convencional?
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