Introdução às Ciências Atmosféricas - Aula3

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Temperatura do Ar
Leonardo F. Peres
leonardo.peres@igeo.ufrj.br
METEOROLOGIA GERAL
Roteiro
1. Introdução
2. Variações Diurnas de Temperatura
3. Aquecimento Diurno
4. Resfriamento Noturno
5. Controladores de Temperatura
6. Dados de Temperatura
7. Uso de Dados de Temperatura
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
1. Introdução
� Elemento importante do tempo
� Dita como nos vestimos;
� Agricultura
� Construção Civil
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Durante um dia, as variações de energia solar 
do sol determinam um ciclo diurno de 
aquecimento e resfriamento semelhante as 
variações anuais das estações do ano.
� O ar começa a se aquecer durante a manhã na 
medida em que o sol se eleva no horizonte.
� A terra recebe o máximo de energia do sol ao meio 
dia;
� Posteriormente, ele começa sua lenta jornada para 
se pôr no horizonte.
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Com base nas informações anteriores 
responda:
� Durante 24h quando a temperatura mínima é
observada?
� Quando a temperatura máxima é observada?
Justamente antes do nascer do Sol
Durante o meio da tarde (15h-17h)
Não coincide com a intensidade máxima de 
radiação solar (12h)
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Como podemos explicar esta diferença de 
tempo de 3 a 5 horas entre o máximo de 
radiação solar incidente e a ocorrência da 
temperatura máxima????
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Primeiro vamos observar a variação diurna da radiação solar 
que chega:
� Ela começa no nascer do Sol
� Ela atinge seu máximo ao meio dia
� Ela vai a zero no pôr do Sol
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Agora vamos observar a variação diurna da radiação emitida 
pela Terra:
� Seu comportamento é igual ao ciclo de temperatura
� Mínimo ao nascer do Sol
� Máximo entre as 15-17h
� Por que?
Energia é proporcional a 4° potência da temperatura (Lei de Stefan-Boltzmann)
2. Variações Diurnas de Temperatura
� A Radiação líquida é quem determina se a temperatura irá
aumentar, diminuir ou permanecer a mesma
� Radiação líquida = R_solar ↓ - R_terrestre ↑
� Se a radiação líquida > 0, a superfície esquenta (6h as 15-17h)
� Se a radiação líquida < 0, a superfície resfria (15-17h as 6h)
2. Variações Diurnas de Temperatura
� Ao meio dia os raios solares são mais intensos.
� Embora a intensidade de energia que chega decresça após o meio 
dia, ela ainda excede a quantidade de energia que é emitida pela 
superfície durante algum tempo.
� Isto fornece um suprimento extra de energia que dura de duas a 
quatro horas a mais, contribuindo com o atraso na ocorrência da 
máxima diária de temperatura do ar
3. Aquecimento Diurno
� Quais fatores que afetam a taxa de aquecimento 
diurno?
� Antes de respondermos esta questão, qual é o 
processo fundamental que gera calor na superfície da 
Terra???
� Como a superfície terrestre quente transfere 
inicialmente esta energia para a atmosfera???
3. Aquecimento Diurno
Radiação de onda curta emitida pelo Sol é
absorvida pela superfície da Terra aquecendo a 
superfície
Calor é transportado inicialmente da superfície 
quente para as moléculas de ar próximas à
superfície por Condução
3. Aquecimento Diurno
� O Calor é posteriormente transportado por convecção – térmicas 
de ar
� A camada de ar próxima à superfície da Terra onde a a maioria 
das variações diurnas de temperatura ocorre como um resultado 
do aquecimento/resfriamento da superfície é chamada de 
camada limite atmosférica
� A camada limite tem uma profundidade típica de 1-1,5 km
� Quais são os processos que afetam o aquecimento/resfriamento 
diurno próximo à superfície da Terra????
3. Aquecimento Diurno
� Velocidade do vento
� Sem vento – As térmicas são pouco extensas e não afetam muito a 
mistura de ar perto da superfície – Existe uma grande diferença de 
temperatura no ar junto a superfície.
� Com vento – A turbulência ajuda a misturar o ar quente com o ar mais frio 
que está mais acima – convecção forçada (processo mecânico).
3. Aquecimento Diurno
� Tipo de Solo
� Cobertura Vegetal
� Umidade do Solo
� Solo mau condutor de calor (areia) o calor não se transfere para as 
camadas mais profundas, a temperatura da superfície aumenta 
ainda mais e também o ar sobre este tipo de solo.
� Solo úmido e vegetado – grande parte da energia que chega é
usada para evaporar a água, deixando menos energia para 
aquecer o ar.
� Cobertura de Nuvens
� Quando o ar é úmido, o nevoeiro e a nebulosidade atenuam a 
temperatura máxima pois evitam que os raios do sol atinjam o solo
� Em dias nublados as variações de temperatura ao longo do dia são 
menores (as nuvens refletem a radiação solar)
3. Aquecimento Diurno
�Temperaturas mais altas tendem a 
ocorrer sobre regiões desérticas, 
onde o céu sem nuvens associado 
a baixa umidade e vegetação rala, 
permitem que a superfície e o ar 
acima dela se aqueçam 
rapidamente.
4. Resfriamento Noturno
� Durante as horas diurnas o perfil de temperatura 
próximo ao solo decresce com a altitude.
4. Resfriamento Noturno
� Durante as horas noturnas, não há radiação solar de onda curta 
aquecendo o solo.
� O solo e o ar sobre ele resfriam-se por continuarem a emitir 
radiação infravermelha – resfriamento radiativo.
� O solo é um emissor mais eficiente que o ar e, portanto, se 
resfria mais rapidamente.
� Portanto, há uma transferência de calor por condução do ar mais 
quente para a superfície mais fria que por sua vez irradia para o 
espaço. 
� Esta transferência de calor ocorre numa camada bastante rasa 
próxima da superfície já que o ar é um pobre condutor.
� Ao longo da noite, o solo e o ar em contacto continuam a se 
resfriar mais rapidamente que o ar um a dois metros acima.
4. Resfriamento Noturno
� Uma “inversão radiativa" é formada: uma camada de ar 
rasa próxima à superfície da Terra onde a temperatura 
aumenta com a altitude.
� Em média a profundidade da camada de inversão 
radiativa é cerca de 100m, mas pode variar de 10m a 
1km.
4. Resfriamento Noturno
� Fatores que promovem a formação da inversão 
radiativa?
� Ventos calmos versus ventos fortes (mistura mecânica)
� Noites longas versus noites curtas (noites de inverno)
� Ar seco versus ar úmido
� Noites claras versus noites nubladas (condensação e absorção)
� Outros fatores:
� Umidade do solo
� Tipo de superfície (neve, areia, grama, etc.)
� Tipo de vegetação
4. Resfriamento Noturno
4. Resfriamento Noturno
�Temperaturas Mínimas
� Ocorrem um pouco antes do nascer do sol.
� Pode ocorrer depois do nascer do sol se a 
perda de radiação exceder a quantidade de 
energia que chega. (a luz do Sol de manhã cedo passa 
por uma camada espessa da atmosfera e atinge o solo com 
um ângulo muito baixo. Conseqüentemente, a energia do Sol 
não aquece efetivamente o solo.)
� Quando o solo é úmido a energia que chega é
usada na evaporação e atrasa o aquecimento 
do solo
4. Resfriamento Noturno
� O que acontecem com os vales durante a noite?
� O calor é conduzido do ar mais quente próximo a superfície para a 
superfície que está mais fria
� O ar frio e pesado próximo as encostas descende para o fundo vale
� Qual é o resultado deste processo??
4. Resfriamento Noturno
� Os fundos do vales são mais frios que as encostas
� Formação de cinturões térmicos
� Notem a estrutura de temperatura no vale
� Agricultores irão plantar no cinturão térmico (encostas), 
não abaixo
4. Resfriamento Noturno
� No fundo do vale, o ar frio e denso não consegue subir
� Fumaça e outros poluentes aprisionados neste ar 
reduzem a visibilidade
� Portanto, o fundo do vale além de mais frios são 
geralmente mais poluídos do que as encostas vizinhas
� Entretanto nestas áreasestão localizados bacias de 
rios que fazem com que muitas vezes os solos sejam 
ricos para a agricultura.
4. Resfriamento Noturno
� Proteção de plantações do frio
� Fazendeiros geralmente utilizam máquinas de vento 
(ventiladores) para proteger suas plantações de geadas
� O que eles tentam obter com estas máquinas?
Misturar o ar frio próximo à superfície 
com o ar quente mais acima
4. Resfriamento Noturno
� Outros métodos para mitigar o dano da geada nas 
plantações:
� Cobrir as plantas com cobertores (evita que o calor do solo seja
irradiado para o espaço) 
� Aquecedores de pomar (tentativa de gerar correntes convectivas e
ainda de irradiar calor)
� Irrigação (maior calor específico da água, um solo úmido resfria 
mais lentamente do que um solo seco) 
5. Controladores de Temperatura
� Principais Fatores que causam variações na temperatura de 
um lugar para outro
� Latitude (quantidade de radiação solar que atinge a 
superfície)
� Distribuição terra e água
� Correntes oceânicas
� Elevação
� O que são isotermas?
Linhas que unem pontos com o mesmo valor de 
temperatura
5. Controladores de Temperatura
� Influência da latitude: em média as temperaturas 
decrescem dos trópicos para os pólos em ambas as 
estações do ano.
� As isotermas do hemisfério no mês de inverno estão 
mais próximas – maior variação da energia solar entre 
as baixas e altas latitudes no inverno.
� As isotermas não são “horizontais” se curvam 
principalmente quando se aproximam dos limites 
continente-oceano.
� No inverno, as temperaturas dentro dos continentes são 
muito mais baixas do que sobre os oceanos na mesma 
latitude (no verão ocorre o contrário).
5. Controladores de Temperatura
5. Controladores de Temperatura
5. Controladores de Temperatura
� Propriedades diferentes de aquecimento e resfriamento 
da terra e da água:
� A energia que chega ao solo é absorvida por uma camada fina.
� Quando a energia chega sobre a água ela penetra mais 
profundamente.
� Como a água circula, ela distribui o calor até camadas mais 
profundas.
� Parte desta energia serve para evaporar a água em lugar de a 
aquecer.
� A água tem calor específico maior do que o da terra (calor 
específico - quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de uma grama da substância em 1°C).
� São necessários 5 vezes mais calor para aquecer a água.
5. Controladores de Temperatura
� Propriedades diferentes de aquecimento e resfriamento 
da terra e da água:
� Os oceanos não só se aquecem mais vagarosamente 
como se resfriam também mais vagarosamente 
(reservatórios de calor).
� Logo, as temperaturas nos oceanos mudam pouco do 
inverno para o verão comparado com uma variação 
muito maior nos continentes.
� Mesmo os grandes lagos e rios modificam a 
temperatura do ar ao seu redor. (Exemplos: Brisa no 
verão e atenuação de massas polares no inverno)
6. Dados de Temperatura
� Como os dados de temperatura do ar são 
organizados e usados?
� Temperaturas médias diárias (média entre a 
temperatura máxima e mínima num período de 24h), 
mensais (média das médias diárias para um período de 
30 dias), anuais (média das médias mensais para um 
período de 12 meses)
� Temperaturas máximas e mínimas também diárias, 
mensais e anuais
� Normais de temperatura (média para um período de 30 
anos das temperaturas diárias referente a um 
determinado momento)
� Amplitudes diurna, mensal e anual (diferença entre a 
temperatura máxima e mínima)
6. Dados de Temperatura
6. Dados de Temperatura
�Escolher cinco cidades no Brasil 
(uma em cada região) e fazer 3
gráficos em curvas:
�Um para os valores das normais de 
temperatura máxima e mínima do ar
�Um para os valores das normais da 
precipitação
�www.inmet.gov.br
� As maiores amplitudes diárias de temperatura ocorrerão 
sobre os desertos onde não há nuvens - alto 
aquecimento (resfriamento) durante o dia (noite) – e o 
ar é seco – não existe vapor para re-irradiar energia 
infravermelha de volta a superfície.
� Em regiões úmidas acontece o contrário – maior 
formação de nuvens (diminuindo a máxima) e maior 
quantidade de vapor d’água (diminuindo a mínima).
� Cidades perto de grandes corpos d’água apresentam 
menores amplitudes diárias de temperatura – adição de 
vapor d’água no ar e a água aquece e resfria muito 
mais lentamente que a terra.
6. Dados de Temperatura
� Cidade com grande amplitude térmica: Reno - Nevada 
(localizada a 1350 m). Local Seco, onde a média de 
temperatura máxima diária para Julho é 33C e a média 
de temperatura mínima é 8C
� Charleston – Carolina do Sul. Cidade Úmida, onde a 
média de temperatura máxima diária para Julho é 32C 
e a de temperatura mínima é 22C
6. Dados de Temperatura
� Onde temos as maiores amplitudes térmicas anuais? 
Perto do equador ou em latitudes mais altas?
� Quito no Equador experimenta uma amplitude anual de 1°C
� Yakutsk (Rússia), no nordeste da Sibéria experimenta uma 
amplitude anual de 62°C
6. Dados de Temperatura
6. Dados de Temperatura
7. Uso de Dados de Temperatura
Relacionado com dias frios – usado no 
inverno para se estimar a energia 
necessária para aquecer o ambiente para 
níveis confortáveis Só conta se a 
temperatura média do ar for menor que 18C
Relacionado com dias quentes – usado no 
verão para se estimar a energia necessária 
para resfriar o ambiente para níveis 
confortáveis. Só conta se a temperatura 
média do ar for maior que 18C 
7. Uso de Dados de Temperatura
7. Uso de Dados de Temperatura
Graus-dia de aquecimento Graus-dia de resfriamento
7. Uso de Dados de Temperatura
� Suponha que ervilhas são plantadas em 
Indiana no dia 1 de maio. Se as ervilhas 
precisam de 1200 graus-dias de 
desenvolvimento antes de serem colhidas e 
se a temperatura máxima média neste 
período é de 25°C e a temperatura mínima 
média é de 15°C, quando que as ervilhas 
serão ser colhidas? (Assumam uma 
temperatura de base igual a 10°C)
7. Uso de Dados de Temperatura
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
�Quão frio o vento nos faz sentir é
geralmente indicado pelo fator de sensação 
térmica (wind-chill factor).
� As tabelas e equações de sensação 
térmica traduzem a habilidade do ar em 
tirar calor do corpo humano com o vento 
(seu poder de resfriamento) em um índice 
térmico equivalente a temperatura sem 
vento.
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
� Sensação Térmica
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
� Fórmula para calcular a temperatura equivalente para a 
sensação térmica:
Temperatura (ºC) = 13.12 + 0.6215T – 11.37(V0.16) + 0.3965T(V0.16)
� Onde T é a temperatura do ar e V é a velocidade do 
vento em km por hora
8. Temperatura do Ar e Conforto Humano
água sobre pele exposta conduz calor para longe do corpo melhor do que o ar