APOSTILA-02

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APOSTILA 02
Disciplina – Fundamentos de Meteorologia
Curso de Meteorologia
Instituto de Geociências
II - ELEMENTOS DO TEMPO
2.1- Introdução
Embora os fenômenos do tempo tenham sido observados desde o começo do homem na terra, somente a partir do século XVII após a invenção do termômetro por Galileu (1564-1542) em 1592 e do barômetro de mercúrio por Torricelli (1608-1647), no ano de 1643, iniciaram-se algumas observações sistemáticas da temperatura e da pressão do ar. Tais observações não se fizeram de forma contínua e nem utilizadas de modo comparativo. Hoje, quando se faz uma observação do tempo; na realidade estar referindo-se a um cuidadoso uso de instrumentos de precisão com o propósito de determinar e registrar os vários elementos físicos a cerca das condições atmosféricas reinantes. Usando para isso métodos tão padronizados, que a observação pode ser comparada com outra, feita em diversas partes do globo terrestre.
Existe na atmosfera um grande número de propriedades e condições físicas, que podem ser medidas com precisão. Há outras que podem ser observadas ou medidas com menor exatidão, por falta de instrumentação apropriada. As variações constantes e incontroláveis da atmosfera devem ser medidas com precisão todas as vezes que necessitamos descrever o tempo, num dado momento e lugar. As principais propriedades e condições físicas mais importantes do ar são: temperatura do ar, pressão atmosférica, direção e velocidade do vento, umidade do ar, nebulosidade (quantidade e tipo) e precipitação. Numa observação completa do tempo, outras observações do tempo devem ser incluídas: condições de tempo presente, estado do mar, etc. 
2.2- Observação da temperatura do ar 
2.2.1- Conceitos de calor e de temperatura
O calor é uma forma de energia que nos faz distinguir as sensações de quente ou frio; e temperatura é uma condição térmica de um corpo que determina sua capacidade de transmitir ou de receber calor, ou ainda, temperatura é a medida do estado de agitação das moléculas de um corpo.
2.2.2- Calor sensível, calor latente e equilíbrio térmico.
Calor sensível – É o calor que provoca no corpo uma variação de temperatura.
Calor latente – É o calor que provoca no corpo uma mudança de estado físico.
Equilíbrio térmico – É o estado térmico em que o corpo não recebe nem emite calor.
2.2.3- Processos de transmissão de calor.
Na natureza, o calor pode ser transmitido de um lugar para outro, por meio dos seguintes processos: Condução, Convecção, Irradiação e Advecção.
Condução – É o processo de transmissão de calor pelo qual a energia térmica passa de molécula para molécula. O ferro, o cobre e a platina são materiais bons condutores de calor, enquanto que a madeira e a cortiça não são bons condutores de calor. Na atmosfera, este processo é pouco expressivo, em virtude de o ar atmosférico ser mau condutor de calor. 
Convecção – Do ponto de vista da física, convecção é o Processo de propagação de calor que ocorre somente em fluídos (líquidos ou gases). Por esta forma, o calor é transferido de um conjunto de moléculas para outro, juntamente com o transporte de matéria, sem especificação do sentido e da direção do movimento do calor. Em meteorologia, CONVECÇÃO representa o deslocamento do ar no sentido vertical, mas especificamente de baixo para cima; pois o movimento vertical do ar no sentido contrário, isto é, de cima para baixo é chamado de SUBSIDÊNCIA ou ainda de MOVIMENTO SUBSIDENTE.
Portanto, CONVECÇÃO em meteorologia é um termo que representa transmissão de energia por meio do deslocamento do ar, na vertical de baixo para cima. Expressões como: nuvens convectivas (formadas por convecção) e dissipação de energia por convecção (subida do ar) você deverá ficar familiarizado. 
Irradiação – Irradiação ou radiação é uma forma de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas, sem a necessidade de um meio material.
Advecção – Processo de transferência de calor no ar, no sentido horizontal. A troca de calor entre a região equatorial e os pólos é um exemplo de advecção.
2.2.4- Instrumento de medição da temperatura do ar.
Os termômetros são instrumentos destinados a indicar com precisão as variações de temperatura que se verificam em um determinado intervalo de tempo. Nas observações meteorológicas de superfície, o termômetro de vidro, que contém o mercúrio ou álcool etílico, é o tipo mais utilizado para a obtenção da temperatura.
– Princípio de funcionamento do termômetro 
Para que o termômetro cumpra a sua finalidade, a substância termométrica (mercúrio ou álcool) se expande quando a temperatura aumenta e se contrai quando a temperatura diminui. 
 
– Elementos que constituem um termômetro.
Coluna termométrica – tubo capilar que permite o movimento da substancia termométrica;
Bulbo – recipiente que contém a substância termométrica;
Câmara de expansão – vácuo que permite a expansão da substância termométrica;
Escala graduada – escala numérica gravada no corpo do termômetro, para permitir a leitura do valor que a temperatura assume num determinado instante.
2.2.5 - Escalas de temperatura e suas funções
Quando dizemos que um corpo têm temperatura de 25o C, estamos comparando a temperatura do corpo com outra que serve como referência: A do gelo fundente considerada de 0oC. Nem sempre a temperatura do gelo é considerada como referência. Dependendo dos pontos de referência escolhidos, as três principais escalas de temperatura mais usadas são: escala Fahrenheit ( 0 F ) escala centígrado (0 C ) e escala absoluta (0 K ).
A escala Fahrenheit representou a primeira geração de termômetros com bulbo de mercúrio, foi desenvolvida em 1724 pelo físico alemão Daniel Fahrenheit. Nesta escala, a temperatura de fusão do gelo é de 32 0F e ponto de ebulição da água é de 212 0F. A escala centígrado foi proposta em 1742 pelo astrônomo Sueco Anders Celsius, sendo atualmente a mais utilizada. Segundo a escala Celsius, o ponto de fusão gelo ocorre na temperatura de 0 0 C e o ponto de ebulição de 100 0 C. No século IXX, em 1848 o Lord William Kelvin (Inglaterra) propôs a escala kelvin ou escala absoluta, referindo ao zero, absoluto, temperatura em que nenhum corpo é capaz de emitir calor. Nesta escala, a temperatura de fusão do gelo é de 273,15 0 K e o ponto de ebulição da água de 373 0 K. esta escala é muito utilizada nos cálculos científicos e tem larga aplicação em meteorologia. 
- Relação entre as escalas termométricas.
As escalas termométricas foram construídas tendo como base, a comparação do ar em ceder ou receber calor, em relação aos pontos de congelamento do vapor d’água e ebulição da água. A conversão de uma escala de temperatura para outra é mostrada na Figura 1 abaixo, assim como, as expressões que ilustram as relações entre as referidas escalas.
 T. Ebulição
 100 212 373
 0 32 273
 T. Gelo 
 0C 0F 0K
Figura 1 – Pontos de congelamento e ebulição das escalas termométricas 0 F, 0 C e 0 K.
De acordo com a figura acima, podemos encontrar as seguintes relações: 
e a relação entre as escalas pode ser obtida, conforme as equações abaixo:
; 
 e 
2.2.6 - Tipos de temperaturas/termômetros
Ao longo de um dado intervalo de tempo podemos distinguir os seguintes tipos de temperatura:
Temperatura instantânea – é a temperatura que o termômetro indica no momento da leitura.
Temperatura máxima – é a temperatura mais elevada que ocorre num dado período de tempo
termômetro de máxima.
Temperatura mínima é a mais baixa temperatura que ocorre num dado intervalo de tempo
termômetrode mínima.
Temperatura média – valor representativo da temperatura, estimado para um dado intervalo de 
de tempo
Temperatura do ponto de orvalho – representa a temperatura em que ocorre condensação do ar. Não é medida diretamente, ela é calculada. Quando estudarmos umidade do ar iremos ver os detalhes para estimativa da temperatura do ponto de orvalho.
Temperatura do solo – É a temperatura obtida em diferentes profundidades do solo. A informação dessa temperatura tem grande importância no estudo do fluxo de calor no solo, principalmente relacionada com as atividades agrícolas.
7- outros tipos de temperatura – Em outras disciplinas do nosso curso, você conhecerá que existem outros tipos de temperatura que são calculadas. Exemplo: temperatura virtual, temperatura potencial, temperatura equivalente e temperatura potencial equivalente. 
2.2.7- Local e método de obtenção da temperatura do ar.
Para se obter um correto valor da temperatura do ar (instantânea, máxima e mínima), os termômetros não devem ser expostos ao ar livre, porém protegidos ou abrigados de influências externas da radiação solar direta e da chuva. O abrigo de instrumentos adotado pelo serviço mundial de meteorologia, consiste de numa caixa de madeira com dimensões de 60x75x80 cm e dotado de venezianas duplas e invertidas que permite simultaneamente, manter a ventilação normal e evitar que múltiplas reflexão da radiação solar atinja os instrumentos instalados no seu interior. O abrigo meteorológico, preferencialmente deve ser instalado sobre superfície gramada, ficando sua base a 1,20m acima do solo e os instrumentos ao serem instalados dentro dele, ficam a mais ou menos 1,50 m do solo. Isto significa que a temperatura no mundo inteiro (conforme as normas da Organização Meteorológica mundial) é obtida numa altura padrão de aproximadamente um metro e meio. Isto porque, como dito anteriormente, o ar é aquecido de baixo para cima e não através da radiação solar direta ou de ondas curtas; o ar absorve a radiação terrestre, que é emitida em ondas longas. O brigo meteorológico, deve ser pintado com tinta branca de alta refletividade para não permitir que a indicação dos instrumentos no seu interior instalados seja influenciada pelo calor absorvido em suas paredes. Por fim, a leitura dos termômetros no interior do abrigo meteorológico deve ser realizada tão rápida e precisa quanto for a experiência do observador.
2.2.8 – Medição da Temperatura do ar
	No interior do abrigo meteorológico a temperatura do ar é medida por meio dos seguintes termômetros:
 1 - Termômetro de bulbo seco - tem essa denominação, por que o seu bulbo encontre-se sem nada em volta e está em contato direto com ar, por isso indica a temperatura instantânea.
2 - Termômetro de bulbo úmido – o seu bulbo acha-se envolvido por um tecido de algodão (gases, musselina, cadaço, etc.) que fica molhado por ocasião da leitura e se destina a medir a temperatura de uma superfície em evaporação.
	No abrigo meteorológico os termômetros de bulbo seco e de bulbo úmido são instalados juntos e o conjunto desses dois termômetros recebe o nome de Psicrometro. Portanto, o Psicrometro é um instrumento formado pelo funcionamento simultâneo dos termômetros de bulbo seco e de bulbo úmido. A diferença de temperatura indicada entre esses dois termômetros é chamada de Depressão psicrométrica ou diferença psicrométrica. 
	A temperatura do termômetro de bulbo úmido nunca poderá ser superior a do termômetro de bulbo seco, no máximo poderão ser iguais. Quando as duas temperaturas forem iguais, diz-se que a Umidade Relativa (UR) do ar é 100% ou seja o ar atmosférico está saturado de vapor d´água.
3 – Termômetro de mínima, indica a menor temperatura do dia 
4 – Termômetro de máxima, indica a maior temperatura do período diário.
2.2.9- Marcha diária da temperatura e amplitude térmica.
A variação diária da temperatura do ar ocorre em resposta ao recebimento e emissão da radiação solar pela superfície terrestre ao longo do dia. A radiação solar que chega à superfície ocorre entre o nascer e o por do sol e a sua duração varia um função do local e da época do ano. Na área equatorial, a duração do dia é entorno de 12 horas, em qualquer estação do ano. Já nas latitudes médias, altas e região polar apresentam alta variação. No pólo, por exemplo, no verão, temos dia de 24 horas e no inverno, temos noite de 24 horas. A radiação emitida pela terra ocorre durante as 24 horas. Isto significa que a terra, tanto durante o dia como à noite está devolvendo a energia que recebe do sol de volta para o espaço.
Logicamente, durante o dia a terra perde mais energia do que a noite. Já foi dito anteriormente que a terra emite radiação de ondas longas que é absorvida pelo ar, principalmente, pelo vapor d´água que é o responsável pelo equilíbrio térmico da terra. Na realidade ocorre aí o efeito estufa, que é necessário e desejável e, se ele não existisse, certamente não haveria a presente forma de vida na terra. Pois toda energia seria perdida, tal como ocorre nos desertos. A terra ao emitir radiação vai aquecendo o ar para cima, só que esse aquecimento é muito lento. Ao meio dia a terra supostamente recebe a maior quantidade de radiação solar, atingindo a temperatura mais elevada na superfície. Essa energia ao ser mandada de volta para o espaço, leva algum tempo para atingir as camadas mais elevadas da atmosfera. Tanto que a mais ou menos um metro e meio do solo, a temperatura máxima do ar, em função do aquecimento radiativo da terra, vai ocorrer em torno de 14 horas. Na parte noturna, a radiação terrestre continua emitindo energia da superfície e próximo ao amanhecer, um pouco antes do nascer do sol, ocorre a temperatura mínima. Quando o sol volta a emitir calor novamente, tem início o aquecimento da superfície e o ciclo recomeça. 
 A diferença entre a temperatura mais elevada e a mais baixa que ocorrem ao longo do período diário é denominada de amplitude térmica diária. A expressão amplitude, também se aplica para outros elementos do tempo (radiação, pressão, vento, etc), significando que é a diferença entre os valores extremos que determinada variável assumiu durante um período estabelecido. Por exemplo: se num determinado dia, a temperatura mínima em Belém fosse de 22,5 0C e a temperatura máxima fosse de 34,8 0C, a amplitude da temperatura nesse dia teria valor de 12,3 0C.
A marcha anual de temperatura na maior parte do hemisfério norte, mostra o mês de janeiro mais frio e o mês de julho o mais quente. No hemisfério sul, o posto ocorre. Isto é, o mês mais frio é julho e o mais quente é janeiro.
2.2.9.1 - Retardamento da ocorrência da temperatura máxima e da temperatura mínima na marcha anual da temperatura no interior dos continentes.
Os solstícios ocorrem nas seguintes datas: 22 de junho, Hemisfério Norte e 22 de dezembro no Hemisfério Sul. Assim sendo, a ocorrência das temperaturas extremas, em ambos os hemisférios, ocorrem nos seguintes períodos: 
Tmax,HN, ocorre de 15-25/Julho e a Tmin,HN, ocorre de 15-25/Janeiro 
Tmax,HS, ocorre de 15-25/Janeiro e a Tmin,HS, ocorre de 15-25/Julho
2.2.9.2 - Gradiente de temperatura (
).
A expressão gradiente, significa uma variação de valor de um ponto para outro, numa determinada direção e sentido. Chamamos de gradiente de temperatura, a variação de temperatura ao longo de uma dada direção (horizontal ou vertical) e sentido (ascendente ou descendente. Isto é:
 
 
Então o gradiente de temperatura expressa a variação de temperatura, numa determinada distancia, ao longo de uma direção e sentido e pode ser de positivo ou negativo. O gradiente é considerado positivo, quando a temperatura aumenta na direção escolhida, ou seja, o sentido positivo do gradiente está orientado na direção dos maiores valores da temperatura.
2.2.10 - Gradiente vertical de temperatura /Lapse rate
A taxa de decaimento vertical da temperatura na atmosfera, chamanamos de Lapserate adiabático. Estudos apontam que a diminuição vertical da temperatura durante a ascensão adiabática de uma parcela de ar seco é da ordem de 1oC/ 100 m ou 10 oC/km. Na atmosfera saturada, a diminuição vertical da temperatura é de 0,2o C/100 m e o decaimento vertical médio da atmosfera é 0,65 oC/100 m.
2.2.11- Inversão de temperatura.
Na Troposfera, a temperatura normalmente diminui com a altura. Pode ocorrer que em algum instante, a temperatura venha aumentar com a altura. Quando esta situação for encontrada, dizemos que existe na atmosfera, em dado nível, uma camada de inversão. Ou seja, uma camada de ar em que a temperatura apresenta aumento com a altura.
2.2.12- Noções de análises.
Quando os valores da temperatura ou de qualquer outra variável meteorológica, registrada num dado instante, em vários locais da superfície terrestre e são plotados numa carta geográfica, podemos traçar as chamadas isolinhas, Em que, isolinha é uma linha que une pontos que apresentam o mesmo valor da grandeza registrada. No caso da temperatura, as linhas que unem pontos de mesma temperatura são chamadas de Isotermas. As isotermas representam, portanto, uma visualização da distribuição espacial da temperatura num dado instante e local (figura 2). 
Figura 2 – Exemplo da distribuição espacial da temperatura num dado instante e local.
 
Contudo, se em determinado instante e considerado nível da atmosfera for unidos todos os pontos que possuem o mesmo valor de temperatura, obtemos uma superfície plana e imaginária, chamada de superfície isotérmica. Em meteorologia é muito comum se utilizar o termo isotermia para expressar a ausência de variação de temperatura em uma camada de ar ou região da atmosfera.
 – Isolinhas
Uma isolinha é uma linha que une um conjunto de pontos com o mesmo valor. Ao conjunto de isolinhas desenhadas sobre um mapa recebe o nome de mapa de isolinhas. Em Meteorologia, os diversos tipos de distribuição do clima são analisados, através dos mapas de isolinhas traçados nos campos de temperatura (isotermas), Pressão atmosférica (isóbaras), precipitação (isoiéticas), direção do vento (isonefas), velocidade do vento (isotacas), salinidade (isoalinas), além de outras. Um mapa de isolinhas é na verdade, utilizado para representar importantes características na variação espacial de qualquer grandeza atmosférica representada a por um conjunto de pontos. O significado dos termos abaixo são importantes para entendermos a distribuição temperatura em uma região.
Isoterma – Linha que une pontos de mesmo valor da temperatura
Superfície isotérmica – é uma superfície que tem os mesmos valores de temperatura.
Isotermia – significa a região ou camada em que temperatura do ar não apresenta variação.
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