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Precipitação AULA 4 Resumo • Conceito • Tipos de precipitação • Pluviometria • Análise dos dados • Precipitação média Conceito - Tipos de precipitação • Água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície • Tipos: neblina, chuva, granizo, saraiva, orvalho, geada e neve • Diferença: estado em que se encontra a água e o modo de formação. Orvalho e geada • Resultado do resfriamento radiativo noturno • Ocorrência: noite calma (sem convecção) de céu limpo • Processo: Superfície da Terra se resfria mais rapidamente que o ar adjacente. O ar em contato com essa superfície se resfria.Se o resfriamento for suficiente, o ar adjacente torna-se saturado – Temperatura da superfície> temperatura de congelamento, o vapor d´água se condensa e forma o orvalho – Temperatura da superfície <= temperatura de congelamento, o vapor d´água pode se depositar como geada Nevoeiro e Neblina • Nuvem com base em contato com o solo. Suspensão de minúsculas gotículas de água ou cristais de gelo em camada de ar próxima à superfície • Formação: saturação do ar por resfriamento radiativo, resfriamento advectivo, resfriamento por expansão (adiabática) ou por adição de vapor d´água • Convenção internacional: - Nevoeiro: visibilidade horizontal no solo < 1km - Neblina: visibilidade horizontal no solo > 1km 6 Granizo e Neve • Pode acontecer que as gotas ao cairem encontrem camadas da atmosfera de baixíssimas temperaturas, congelando-se e juntando-se a outras gotículas congeladas ou não, formando pedras de gelo de tamanhos diversos e alcançando a superfície da Terra em forma de granizo (5 mm). • A neve resulta do crescimento de cristais de gelo nas camadas frias em torno de núcleos tais como particulados, sal, etc., que coalescem para formar flocos suficientemente pesados para vencer a gravidade e precipitar. Saraiva: diferente do granizo no tamanho das pedras, maiores no caso da saraiva(5-50 mm) Precipitação Pluvial (chuva): conceitos • Precipitação: variável climática importante que realimenta os sistemas hídricos; • está relacionada com o total ocorrido num intervalo de tempo definido. O valor isolado não tem significado. • Grandezas: lâmina (altura - mm), intensidade(mm/min ; mm/h) • ex. 100 mm é muito em 1 hora e muito pouco para 1 ano. • A variabilidade temporal e espacial da precipitação influencia o comportamento da disponibilidade hídrica de uma bacia. • Mas, como se forma a chuva? • Processo associado à ascensão adiabática (sem troca de calor) de massas de ar, resfriamento (trabalho realizado na expansão), saturação do ar, condensação 8 • Mas, a condensação do vapor de água na atmosfera não é garantia de que o líquido formado irá precipitar... Formação de nuvens • O que é necessário? 1) Ar saturado: o ar é resfriado abaixo de sua temperatura de ponto de orvalho ou por adição de vapor d´água no ar 2) Superfície sobre a qual o vapor d´água pode condensar [núcleos de condensação de nuvens (Partículas de aerossol: sal marinho, sulfatos, fuligem, poeira do solo, matéria orgânica (pólen)), em torno dos quais se formam os elementos de nuvem (pequenas gotículas de água que permanecem em suspensão no ar). O principal núcleo de condensação é o NaCl. E a chuva? • Nem todas as nuvens precipitam • Se as gotículas das nuvens são muito pequenas, sua velocidade de queda é muito pequena • Elas evaporariam poucos metros abaixo da base da nuvem. • Para que ocorra precipitação é necessário que as gotas “engordem” e seu peso seja superior às forças que a sustentam no ar; • Para que haja a precipitação deve haver a formação de gotas maiores, denominadas de elementos de precipitação, resultantes da coalescência das gotas menores, que ocorre devido a diferenças de temperatura, tamanho, cargas elétricas e, também, devido ao próprio movimento turbulento. • Tamanhos das gotículas nas nuvens : – diâmetros de 0,01 a 0,03 mm, espaçadas por cerca de 1 mm • Gotas de chuva: – diâmetro de 0,5 a 2 mm, velocidade de queda de 9 m/s Formação das Chuvas • Tipos de precipitação pluvial – (mecanismos de formação) Frontal • interação de massas de ar quente e frias. Ocorrem ao longo da linha de descontinuidade que separa as duas massas de ar de características diferentes. • Por ser mais pesado, o ar frio faz o ar quente subir na atmosfera. Com a subida da massa de ar quente e úmida, há um resfriamento da mesma que condensa e forma a precipitação. Atuam sobre grandes bacias com intensidade variável. Processos frontais de grande extensão e duração são os que produzem inundações em grandes bacias. O movimento das frentes depende dos sistemas de pressão regionais 15 Tipos de Chuva quanto ao Processo de Formação Chuva Frontal Dependendo do tipo de massa que avança sobre a outra, as frentes podem ser denominadas basicamente de frias e quentes. Nesse processo ocorre a “convecção forçada”, com a massa de ar quente e úmida se sobrepondo à massa fria e seca. Com a massa de ar quente e úmida se elevando, ocorre o processo de resfriamento adiabático, com condensação e posterior precipitação. Características das chuvas frontais Distribuição: generalizada na região Intensidade: fraca a moderada, dependendo do tipo de frente Predominância: sem horário predominante Duração: média a longa (horas a dias), dependendo da velocidade de deslocamento da frente. 16 Precipitação Frontal 17 Tipos de precipitação : Convectiva • o ar úmido aquecido na vizinhança do solo fica menos denso sobe, diminui a temperatura, condensa e precipita. • São formações locais com pequena abrangência espacial e alta intensidade. Atingem principalmente pequenas bacias; • Ocorrem principalmente no verão em climas tropicais • Exemplo: Belém do Pará e chuvas de verão. • Abrangência espacial pequena; • Intensidade elevada; • Curta duração temporal; • caracterizada for fenômenos elétricos e fortes rajadas de vento • Também conhecida como chuva de verão; • Importante para pequenas bacias hidrográficas com tempo de concentração reduzido. Precipitação Convectiva • Causada pela ascensão de ar mais quente e menos denso que o ar da vizinhança. Geralmente ocorre nos trópicos, onde durante um dia quente a superfície do terreno aquece de maneira desigual (várias coberturas). Rompido o equilíbrio instável, o ar quente se eleva com velocidade considerável, promovendo chuvas de elevada intensidade e curta duração, com rajadas de vento e fenômenos elétricos, etc. 19 Precipitação Convectiva Chuva Convectiva Originada do processo de convecção livre, em que ocorre resfriamento adiabático, formando-se nuvens de grande desenvolvimento vertical. Características das chuvas convectivas Distribuição: localizada, com grande variabilidade espacial Intensidade: moderada a forte, dependendo do desenvolvimento vertical da nuvem Predominância: no período da tarde/início da noite Duração: curta a média (minutos a horas) 21 Orográficas ou chuva de relevo • ocorrem quando uma massa de ar carregada de umidade sobe ao encontrar uma elevação do relevo, como uma montanha, provocando chuva. • Quando a massa é forçada a ascender, precipita a barlavento, em muitos casos não precipita do outro lado, a sotavento. • A chuva orográficaé uma das causas da seca do sertão nordestino e da grande pluviosidade na Serra do Mar, em São Paulo (Brasil). . • O vento que ultrapassa a barreira é seco, retirando umidade do ambiente, podendo gerar áreas desérticas; • A precipitação varia com a altitude, tendo algumas alturas onde a precipitação é muito elevada; • Atua sobre bacias pequenas com intensidade variável. 22 Precipitação Orográfica sotavento barlavento 23 Chuva Orográfica Ocorrem em regiões onde barreiras orográficas forçam a elevação do ar úmido, provocando convecção forçada, resultando em resfriamento adiabático e em chuva na face a barlavento. Na face a sotavento, ocorre a sombra de chuva, ou seja, ausência de chuvas devido ao efeito orográfico. Santos – P = 2153 mm/ano Cubatão – P = 2530 mm/ano Serra a 350m – P = 3151mm/ano Serra a 500m – P = 3387 mm/ano Serra a 850m – P = 3874 mm/ano S.C. do Sul – P = 1289 mm/ano Exemplo do efeito orográfico na Serra do Mar, no Estado de São Paulo Pluviometria • Aparelho medidores cilíndricos, com área de captação que pode variar de 100, 200, 400 ou 1000 cm2, colocado de 1 a 1,5 m do solo, livre de obstruções. • Valores com precisão de décimo de milímetro • P = 10 V/A (mm) • V (volume precipitado em cm3) A é a área de captação cm2 • esquema h D >2h obstrução 1 a 1,5 m A V Equipamentos para medida da chuva Pluviômetros Os pluviômetros são instrumentos normalmente operados em estações meteorológicas convencionais ou mini-estações termo-pluviométricas. O pluviômetro padrão utilizado na rede de postos do Brasil é o Ville de Paris (foto da esquerda). Outros tipos de pluviômetro (fotos do centro e da direita) são comercializados ao um custo menor e tem por finalidade monitorar as chuvas em propriedades agrícolas. A durabilidade desses pluviômetros e sua precisão, em função da menor área de captação, são menores do que a dos pluviômetros padrões. A área de captação mínima recomendável é de 100 cm2. Mais comum: 400 cm2. Portanto, 40 ml de água= 1mm de chuva Ville de Paris (A = 490 cm2) KCCI (A = 176 cm2) SR (A = 15 cm2) 26 Pluviômetro • Medidor sem registrador; • Dados coletados por observador 1 vez ao dia (pela manhã). Em algumas entidades utiliza-se frequência maior: duas vezes ao dia; • O totalizador de um dia não permite conhecer como a precipitação se distribui ao longo do dia • Fontes de erros: anotações, somar a medição de precipitações altas (somam valores de 20 mm). O valor medido num dia t+1 é transferido para o dia t, pois a maior parte do tempo ocorreu no dia anterior. Isto pode ser fonte de erro de processamento de dados. Dia t Dia t+1 Leitura 7:00 am Período de totalização do dia t 27 Pluviógrafo • Objetivo: O equipamento automático pode ser necessário devido a falta de observador e dificuldade de acesso e/ou para conhecer a distribuição da precipitação dentro do dia • Sensores: com cubas basculantes ou reservatório com sifão • Registradores: (a) mecânico: tambor com relógio e pena sobre papel milimetrado; (b) eletrônico. • Transmissão: coleta por observador, equipe de campo; transmissão por rádio, satélite e celular, dependendo da distância e custos. • Os aparelhos mecânicos apresentam maior custo de processamento e erros. Os equipamentos digitais sofrem interferências e principalmente impactos dos raios. Representação de dados de chuva 28 29 30 31 32 Pluviógrafo registrador Os pluviógrafos são dotados de um sistema de registro diário, no qual um diagrama (pluviograma) é instalado. Ele registra a chuva acumulada em 24h, o horário da chuva e a sua intensidade. São equipamentos usados nas estações meteorológicas convencionais O pluviograma acima mostra uma chuva ocorrida no dia 11/03/1999, em que foi registrada a coleta de cerca de 76 mm em 5h. A chuva se concentrou entre 20h do dia 10/03 e 1h do dia 11/03. A intensidade máxima foi observada entre 20:30 e 21:30, com cerca de 53mm/h. Pluviógrafo de báscula Os pluviômetros de báscula são sensores eletrônicos para a medida da chuva, usados nas estações meteorológicas automáticas. Eles possuem duas básculas, dispostas em sistema de gangorra, com capacidade para armazenar comumente 0,2 mm de chuva. Conforme a chuva vai ocorrendo o sistema é acionado e um contador disposto no sistema de aquisição de dados registra a altura pluviométrica acumulada. Esse equipamento registra o total de chuva, o horário de ocorrência e a intensidade. Básculas dispostas em um sistema de gangorra 34 Usos dos aparelhos • Pluviômetros são mais baratos e menor custo de operação • Pluviógrafos quando é desejada a variabilidade temporal no dia 35 Outros tipos de medida de chuva • Satélite: utiliza sensores para estimar temperatura das nuvens e outras características para estimar a chuva; • Boa resolução espacial se comparadas às medidas pontuais dos pluviômetros; • Pode ter limitados resultados pontuais •Radar em terra utiliza princípios semelhantes de sensores de medida para estimar a variabilidade temporal e espacial dos processos de chuva na bacia; •Vantagens de ter melhor resolução espacial; •Limitado resultado pontual e alto custo de operação do sistema 36 Variabilidade Espacial e Temporal das Chuvas Como dito anteriormente, a variabilidade espacial das chuvas na escala diária, gera também a variabilidade espacial na escala mensal, que por sua vez gera tal variabilidade na escala anual. Essa variabilidade ao longo do tempo é denominada variabilidade temporal. 37 Variabilidade Espacial das Chuvas no Mundo
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