5 aula - Climatologia

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AULA 5
Umidade Atmosférica
O CICLO HIDROLÓGICO 
MUDANÇAS DE ESTADO 
Definições e Conceitos
O teor de vapor d´água na atmosfera varia de 0 a 4% do volume de ar. Isso quer dizer que em uma dada massa de ar, o máximo de vapor d´água que ela pode reter é 4% de seu volume:
 Caso a umidade corresponda a 0% do volume de ar 
 AR SECO
 Caso a umidade esteja entre 0% e 4% do volume de ar 
 AR ÚMIDO
 Caso a umidade corresponda a 4% do volume de ar 
 AR SATURADO
UMIDADE 
vapor d’água  no ar
Presença de vapor d’água pode ser descrita quantitativamente de várias maneiras. 
 a pressão de vapor, 
 a umidade absoluta, 
a razão de mistura e 
 a umidade relativa. 
Quando o vapor d’água entra na atmosfera as moléculas de água se dispersam rapidamente, misturando-se com os outros gases e contribuindo para a pressão total exercida pela atmosfera. 
A pressão de vapor é simplesmente a parte da pressão atmosférica total devida ao seu conteúdo de vapor d’água e é diretamente proporcional à concentração de vapor no ar. 
A umidade absoluta é definida como a massa de vapor de água (mv=g) por unidade de volume (V=m3). Seria a densidade de vapor d’água:
Variações de pressão e temperatura variam o volume, isto pode alterar UA, sem ser acrescido ou removido vapor d’ água .
UA = g/m³
Razão de mistura é a massa de vapor d’água (mv = g) por unidade de massa de ar seco (md = kg).
w = g/kg
Umidade específica é a massa de vapor d’água (mv= g) por unidade de massa de ar ((mv +md)=kg) 
UE = g/kg
W e EU são expressas em unidade de massa, não são influenciadas pelas variações de pressão e temperatura. 
SATURAÇÃO 
 Ilustração esquemática de pressão de vapor e saturação
 TEMPERATURA (° C)
g de H20/kg de ar seco
-40
0,1
-30
0,3
-20
0,75
-10
2,0
0
3,5
5
5,0
10
7,0
15
10,0
20
14,0
25
20,0
30
26,5
35
35,0
40
47,0
Conteúdo de vapor d´água na condição de saturação – ws (ao nmm).
UMIDADE RELATIVA 
Umidade relativa é a razão entre a razão de mistura real w (g/kg) e a razão de mistura de saturação ws (g/kg). 
  
Como a UR é baseada na razão de mistura e na razão de mistura de saturação e a quantidade de umidade necessária para a saturação é dependente da temperatura, a UR pode variar com ambos os parâmetros. 
 temperatura permanecer constante
 vapor d’água é adicionado ou subtraído do ar
UR mudará, para mais ou para menos
 temperatura varia para mais ou para menos
 vapor d’água permanece constante
UR mudará, para menos ou para mais
Ou seja, quanto maior a temperatura do ar maior sua capacidade em reter vapor d`água. 
Assim, ao longo do dia com o aumento da temperatura do ar maior a razão de mistura do ar e portanto mais distante da saturação e menor a UR.
Exemplo de variação diurna da temperatura e umidade relativa.
 Equipamentos de medida da Umidade do ar
Conjunto Psicrométrico ou Psicrômetro
Higrógrafos mecânicos
Os higrógrafos mecânicos, normalmente associados ao termógrafo bimetálico, usam como elemento sensor, para umidade do ar, o cabelo humano, o qual tem a propriedade de se dilatar e contrair em função da umidade do ar. 
Temperatura 
do 
ar
Umidade Relativa 
do 
ar
Tabelas foram montadas para obter tanto a umidade relativa como a temperatura do ponto de orvalho.
É necessário apenas registrar a temperatura do ar (bulbo seco) e calcular a diferença entre as temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido, que é conhecida como depressão de bulbo úmido. 
 
DEPRESSÃO DE BULBO ÚMIDO (Td- TW)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
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15
16
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18
19
20
-20
28
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-18
40
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-16
48
0
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-14
55
11
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-12
61
23
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-10
66
33
0
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-8
71
41
13
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-6
73
48
20
0
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-4
77
54
32
11
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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79
58
37
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1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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63
45
28
11
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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67
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36
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70
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42
27
14
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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86
72
59
46
35
22
10
0
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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74
62
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39
28
17
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10
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24
13
4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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10
2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14
89
79
69
60
50
41
33
25
16
8
1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16
90
80
71
62
54
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14
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64
56
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33
26
19
12
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0
 
 
 
 
 
 
 
20
91
82
74
66
58
51
44
36
30
23
17
11
5
0
 
 
 
 
 
 
22
92
83
75
68
60
53
46
40
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27
21
15
10
4
0
 
 
 
 
 
24
92
84
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69
62
55
49
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36
30
25
20
14
9
4
0
 
 
 
 
26
92
85
77
70
64
57
51
45
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34
28
23
18
13
9
5
 
 
 
 
28
93
86
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71
65
59
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47
42
36
31
26
21
17
12
8
4
 
 
 
Td = 20º C 
Tw = 15º C
Depressão de bulbo úmido;
Td - Tw, = 5º C 
UR = 58%
Porcentagem de umidade relativa 
(1000 hPa).
 
DEPRESSÃO DE BULBO ÚMIDO (Td- TW)
1
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5
6
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18
19
20
 
-20
-33
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
-18
-28
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-24
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-21
-36
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-22
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-29
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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-20
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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19
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3
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11
9
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-3
-9
-16
 
 
 
 
Td = 20º C 
Tw = 15º C
Depressão de bulbo úmido;
Td - Tw, = 5º C 
UR = 58%
Td = 12ºC
Temperatura do ponto de orvalho (1000 hPa)
VARIAÇÕES ADIABÁTICAS DE TEMPERATURA 
Até este ponto consideramos algumas propriedades básicas do vapor d’água e formas de medir sua variabilidade. 
Agora examinaremos um dos importantes papéis que o vapor d’água desempenha nos processos de tempo. 
A condensação do vapor d’água pode resultar em orvalho, nevoeiro ou nuvens. Embora cada tipo de condensação seja diferente,
todos exigem ar saturado para se formar. Conforme visto anteriormente, a saturação ocorre: 
        a) quando vapor d’água é adicionado ao ar ou 
        b) quando o ar é resfriado até seu ponto de orvalho. 
PROCESSOS ADIABÁTICOS 
Se o material muda seu estado físico (pressão, volume ou temperatura) sem receber ou liberar calor, a mudança é dita adiabática. 
Parcelas de ar, são consideradas: 
 termicamente isoladas do ambiente de modo que sua temperatura muda adiabaticamente quando sobem ou descem;
 
 equilíbrio hidrostático, entre a parcela e o ambiente.
Razão adiabática seca
Num processo adiabático seco, a temperatura de uma parcela de ar que se desloca verticalmente decresce com a altura em uma razão constante.
Isso significa que para cada 100m que a parcela sobe, num processo adiabático seco, a sua temperatura decresce ~ 1ºC ou seja ~10ºC/Km.
 
Razão adiabática saturada
Uma parcela, ao subir adiabaticamente na atmosfera, resfria-se por expansão.
Mas se ela estiver saturada, o resfriamento será retardado pela liberação de calor latente durante a condensação.
Dito resulta que a razão de queda da temperatura da parcela com a altura, num processo adiabático saturado é menor que em um processo adiabático seco. 
Muito úmido ~3ºC/km
Pouca umidade ~9ºC/km
Média de ~ 6ºC/km
Temperatura Potencial
É a temperatura que teria uma parcela de ar, inicialmente em um nível qualquer da atmosfera (pressão P), se fosse trazida ADIABATICAMENTE SECA a uma pressão padrão, Po. Em meteorologia, Po corresponde a 1000 hPa.
Ex: Seja a temperatura de 3,5º C observada a pressão de 800 hPa. Qual será sua temperatura potencial ? 
INVERSÕES DE TEMPERATURA 
Tipos de inversões:
 subsidência de ar (descendente), 
 grande resfriamento radiativo ou 
 advecção de massas de ar 
VARIAÇÕES DE ESTABILIDADE
 
A estabilidade é aumentada por: 
resfriamento radiativo da superfície da Terra após o pôr do sol e, por conseqüência, do ar próximo à superfície; 
 resfriamento de uma massa de ar por baixo quando ela atravessa uma superfície fria; 
 subsidência de uma coluna de ar. 
VARIAÇÕES DE ESTABILIDADE
 
A instabilidade é aumentada por: 
1. intensa radiação solar que aquece o solo e, por conseqüência, o ar por baixo; 
2. aquecimento de uma massa de ar por baixo quando ela atravessa uma superfície quente; 
3. movimento ascendente do ar associado com convergência geral;
 
4. levantamento forçado de ar, tal como o induzido por montanhas;
 
5. resfriamento radiativo do topo de nuvens. 
LEVANTAMENTO FORÇADO
 
Os mecanismos necessários para que o ar se eleve são:
convergência, 
levantamento orográfico e 
levantamento por cunha frontal. 
Levantamento do ar instável resultam nuvens profundas.
Levantamento do ar estável usualmente resultam nuvens em camadas. 
Levantamento orográfico
Leitura Adicional
Gilberto Barbosa Diniz; Meteorologia Física; 2006; UFPEL; Cap. 3 e 7.
Varejão – Silva; Meteorologia e Climatologia; Cap. 4
Carlos Tucci; Hidrologia; Cap. 2, 2.1, 2.2 e 2.3
 
Cronograma:
Dia 08/04/2011 – Aula com trabalho 
Dia 14/04/2011 – Aula de dúvidas
Dia 15/04/2011 – AVALIAÇÃO
Dia 28/04/2011 – Notas
Avaliação:
Conteúdo até Capítulo de Umidade Atmosférica 
Nota Final = (NT+NA)/2 = ?