8 - A umidade na atmosfera

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A UMIDADE NA ATMOSFERA
Embora não faça parte da composição básica da atmosfera, a água está sempre presente nela, sobretudo nos níveis mais baixos, nos três estados físicos: o sólido, o líquido e o gasoso. Esses elementos aquosos recebem o nome de hidrometeoros entre os quais se pode citar o vapor d’água, a chuva, a neve, as nuvens, os nevoeiros e vários outros.
A água no planeta (e na atmosfera, naturalmente) está em constantes mudanças de estado, cujas denominações estão expressas no diagrama abaixo:
Alguns hidrometeoros, como as nuvens, o nevoeiro e a chuva, por exemplo, são especialmente importantes para a aviação. Serão, pois, estudados oportunamente. O vapor d’água, que será estudado a seguir, assume um papel ainda mais importante, pois além de ser o combustível dos principais fenômenos meteorológicos, é ele o elemento essencial do Ciclo Hidrológico, processo pelo qual a água circula da superfície do planeta para a Atmosfera através da evaporação, e retornando à superfície pela precipitação. 
Como se processa o Ciclo Hidrológico
Ao chegar à superfície da Terra, a radiação solar é convertida em calor;
O calor acarreta a evaporação das superfícies líquidas, transformando, assim, água em vapor;
O vapor, mais leve, ascende na Atmosfera, resfriando-se, podendo formar nuvens por condensação ou sublimação;
O acúmulo da umidade condensada ou sublimada, por efeito da gravidade, precipita, retornando à superfície;
De volta à Terra, a precipitação acaba chegando às suas origens, as superfícies líquidas, onde o processo terá novo reinício cíclico.
O VAPOR D’ÁGUA
Embora pouco presente na atmosfera, o vapor d’água é o principal elemento na formação da maioria dos fenômenos atmosféricos visíveis. A quantidade de vapor d’água na atmosfera é diretamente proporcional à temperatura – quanto mais elevada é a temperatura do ar, maior a sua capacidade de conter vapor d’água – e inversamente proporcional à altitude e à latitude – quanto mais se eleva na atmosfera, menor a presença do vapor d’água; quanto mais se afasta do Equador, também é menor a sua presença.
As fontes de vapor
O vapor d’água da atmosfera provém, principalmente, das superfícies líquidas, com destaque, é claro, para os oceanos, que ocupam a maior parte do planeta. É preciso considerar também o vapor proveniente dos rios, lagos, regiões pantanosas, regiões geladas e áreas de vegetação. A evaporação proveniente dos oceanos é chamada de evaporação primária, corresponde a aproximadamente cinco vezes a segunda, a evaporação secundária.
As constantes mudanças de estado da água implicam a absorção ou liberação de calor, a que se dá o nome de calor latente. Para que a água passe, por exemplo, do estado líquido para o gasoso, é necessária uma quantidade de calor que, neste caso, é denominado de calor latente de vaporização. Processo inverso, quando o vapor d’água retorna ao estado líquido, pela condensação, libera a mesma quantidade de calor que havia absorvido na evaporação, que recebe o nome de calor latente de condensação.
Diversas maneiras de se medir a presença do vapor d’água na atmosfera
O vapor d’água está presente na atmosfera em percentuais que variam de 0 a 4% do volume do ar em que ele se encontra., podendo, assim, caracterizar do ar seco (nenhum ou quase nenhum vapor d’água) ao ar saturado (4% do volume é vapor d’água). 
Umidade absoluta – é a razão entre a massa de vapor d’água por volume de ar. É expressa em gramas de vapor por m³ de ar.
Umidade específica – é a relação entre a massa de vapor d’água e a massa de ar em que ele se encontra. Expressa-se em gramas de vapor por kg de ar.
Como já vimos, a presença do vapor d’água é menor com a altitude, logo a umidade específica também o é. No ar úmido, a maior presença do vapor torna a umidade específica mais elevada. Como o vapor d’água está presente em detrimento do oxigênio, o ar úmido pode influenciar o desempenho dos motores.
Umidade relativa – é a relação entre a quantidade de vapor d’água presente numa determinada massa se ar e a quantidade máxima que ela pode conter, mantendo-se a mesma temperatura. Naturalmente, aumentando-se a temperatura do ar, diminui a sua umidade relativa, pois ele se expande, podendo conter mais vapor d’água, e vice-versa..
Temperatura do ponto de orvalho – é a temperatura à qual deve ser resfriado um determinado volume de ar para que ele se sature, mantendo-se a mesma pressão e a mesma quantidade de vapor nele existente. O teor de umidade pode ser verificado comparando-se a temperatura do ar e do ponto de orvalho: quanto mais próximas, mais úmido; quanto mais afastadas, mais seco está o ar.
A SATURAÇÃO DO AR
Como vimos, o ar saturado é aquele que contém a quantidade máxima de vapor que ele pode conter, ou seja, sua umidade relativa é 100%. Os processos de condensação e sublimação dependem, além da saturação do ar, da presença de partículas sólidas em torno das quais o vapor irá se condensar ou sublimar. Essas partículas recebem o nome de núcleos higroscópicos. Experiências têm demonstrado que, no caso da sublimação, pode acontecer espontaneamente, independente de núcleos higroscópicos, a temperaturas em torno de –40ºC, chamada de Temperatura Espontânea ou Ponto de Schäefer.
Existem dois processos pelos quais o ar pode tornar-se saturado: pelo acréscimo de vapor d’água e por resfriamento.
Pelo acréscimo de vapor d’água – acontece através da evaporação, quando uma maior quantidade de vapor vai-se incorporando ao ar, mantendo-se, evidentemente, a sua temperatura e a sua pressão.
Pelo resfriamento – acontece quando processos naturais provocam a redução da temperatura do ar, até que ele não possa conter mais vapor d’água, saturando-se, pois. A saturação por resfriamento costuma ter a seguintes causas:
A radiação terrestre – Acontece principalmente em noites de céu claro, ou poucas nuvens, quando o calor solar recebido durante o dia retorna ao espaço. Há um resfriamento da superfície e, conseqüentemente, do ar em contato com ela, que pode vir a saturar-se. É esse tipo de saturação que forma o nevoeiro de radiação ou o orvalho. A temperaturas negativas forma a geada.
A convecção – Uma vez aquecida, a superfície provoca o aquecimento do ar próximo a ela. Esse ar torna-se, então, menos denso e ascende na atmosfera, expandindo-se e resfriando até se saturar. Esse tipo de saturação dá origem às nuvens cumuliformes, de desenvolvimento vertical.
A advecção – A advecção resulta do movimento horizontal do ar. É possível, portanto, que ar mais frio esteja se deslocando em direção a áreas mais aquecidas, ou ar mais aquecido em direção a regiões mais frias, daí duas situações:
Quando o ar mais frio se desloca sobre superfície mais aquecida, as camadas inferiores desse ar se aquecem, tornam-se menos densas e elevam-se, podendo formar nuvens cumuliformes – de desenvolvimento vertical.
Quando é o ar mais aquecido que se desloca sobre superfície mais fria, o ar em contato com essa superfície se resfria, podendo vir a saturar-se e formar nuvens estratiformes – de desenvolvimento horizontal.
O efeito dinâmico – Normalmente a saturação por efeito dinâmico está associada aos sistemas frontais e às linhas de instabilidade, quando ventos se dirigem3 para regiões com características diferentes em termos de pressão, temperatura e umidade, podendo ascender, resfriar e saturar, formando nuvens dinâmicas.
O efeito orográfico – Diz respeito às montanhas. A saturação pode ocorrer quando uma parcela de ar úmido ascende ao longo da encosta de uma montanha. A ascensão faz com ela se resfrie, podendo vir a saturar-se e formar nuvens a barlavento, que é o lado da montanha em que se origina o vento. As nuvens formadas por esse processo são chamadas de nuvens orográficas
Obs.: O lado da montanha oposto à origem do vento é chamado de sotavento, onde costumam ocorrer nuvens lenticulares (em forma de lentes) e a turbulênciaorográfica, que serão estudadas mais adiante.
LÍQUIDO
SÓLIDO
GASOSO
				R E S S U B L I M A Ç Ã O
		 SOLIDIFICAÇÃO		 EVAPORAÇÃO
		 FUSÃO			 CONDENSAÇÃO
				
S U B L I M A Ç Ã O