Introdução às Ciências Atmosféricas - Aula4 a

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Umidade Atmosférica
Leonardo F. Peres
leonardo.peres@igeo.ufrj.br
METEOROLOGIA GERAL
Roteiro
1. Introdução
2. Circulação da água na atmosfera
3. Evaporação, Condensação e 
Saturação
4. Umidade
1. Introdução
� A água é uma substância vital para a sobrevivência 
em nosso planeta.
� Bastante importante na transferência de calor e 
também de massa.
� É observada nas três fases na atmosfera.
� Usaremos o termo umidade para designar a 
quantidade de vapor d’água no ar.
� Embora se apresente em quantidades relativamente 
pequenas na atmosfera (~1%) o vapor d’água é de 
extrema importância.
� Está ligado a formação de nuvens e precipitação
� Interfere no balanço de energia do planeta
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
� Ciclo hidrológico – circulação da água no 
sistema terra-atmosfera
� Processos no ciclo hidrológico:
� Evaporação
� Condensação
� Precipitação
� Escoamento
� Transpiração
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
� Evaporação – a energia do sol transforma
enormes quantidades de água líquida dos 
oceanos em vapor d’água na atmosfera
� O vento transporta o vapor para outras regiões
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
� Condensação – o vapor retorna para a forma líquida 
formando nuvens.
� Precipitação – em certas condições as gotículas de 
nuvem podem aumentar de tamanho e cair de volta 
para a superfície (chuva, neve, granizo)
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
� Escoamento – Escoamento da água da superfície 
continental de volta para os oceanos, rios e lagos.
� Transpiração – fornecimento de umidade para a 
atmosfera pela transpiração da vegetação.
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
� O ciclo hidrológico é complexo:
� Parte da precipitação evapora antes de chegar a superfície;
� Parte chega ao solo. Uma porção da água infiltra-se no solo 
formando os lençóis subterrâneos. Aquela parte que não se 
infiltra permanece em poças ou escoa para rios e de volta para 
o oceano. Mesmo a água subterrânea as vezes emerge na 
superfície ou se move na direção de rios e oceanos;
� Sobre os continentes, uma considerável quantidade de vapor 
é adicionada à atmosfera através da evaporação no solo, 
lagos e rios;
� Parte é interceptada pelas plantas. Água que é absorvida 
pelas plantas através das raízes se move para cima através 
do tronco e é transpirada através de estruturas celulares 
chamadas de estômatos localizadas na parte de baixo da folha
2. Circulação da Água na Atmosfera – Ciclo Hidrológico
�O que é evapotranspiração?
�Soma dos processos de evaporação no 
solo e transpiração nas plantas.
�No ciclo hidrológico, quanto de 
água evapora anualmente para a 
atmosfera? 5,67 bilhões de litros 
� 15 % evapotranspiração nos continentes
� 85 % evaporação nos oceanos
3. Evaporação, Condensação e Saturação
�Observação de um recipiente com água
� Moléculas em movimento contínuo, com velocidades 
diferentes (Temperatura da água é a medida da velocidade média de suas 
moléculas)
� Próximo à superfície, moléculas com velocidade 
suficiente e viajando na direção correta, saem do 
líquido e vão para o ar – Estas moléculas, mudam do 
estado líquido para o estado de vapor - evaporam.
� Algumas moléculas de água que estavam no ar 
retornam ao líquido – Estas moléculas, mudam do 
estado de vapor para o estado líquido – condensam. 
3. Evaporação, Condensação e Saturação
� Observação da superfície do oceano
� taxa de evaporação > taxa de condensação, o ar acima do 
oceano está: a) sub-saturado, b) super-saturado ou c) saturado
� taxa de evaporação = taxa de condensação, o ar acima do 
oceano está: a) sub-saturado, b) super-saturado ou c) saturado
� taxa de evaporação < taxa de condensação, o ar acima do 
oceano está: a) sub-saturado, b) super-saturado ou c) saturado
3. Evaporação, Condensação e Saturação
� Quais fatores afetam a evaporação?
� Vento
� Temperatura da água
� Vento: leva para longe moléculas de vapor d’água contidas no 
ar criando uma diferença entre o número real de moléculas de 
vapor e o número necessário para a saturação. Isto vai evitar a 
saturação e permitirá que haja uma intensificação na evaporação. 
O vento, portanto, intensifica a evaporação.
� Temperatura: quando aquecida, as moléculas da água 
aumentarão suas velocidades. À grandes temperaturas, uma 
fração maior de moléculas têm velocidade suficiente para vencer 
a tensão superficial da água e escapar para o ar acima da 
superfície. Quanto mais quente a água, maior a taxa de 
evaporação. 
3. Evaporação, Condensação e Saturação
� Condensação
� Na medida em que a temperatura do ar aumentar, a 
condensação é menos provável porque as moléculas terão 
velocidade suficiente (energia suficiente) para permanecer 
como vapor.
� Misturadas com as moléculas de ar estão pequenas partículas 
de poeira, fumaça e sal (origem oceânica).
� Muitas delas servem como superfície sobre as quais o vapor 
pode se condensar, elas são chamadas de núcleos de 
condensação. 
� No ar quente, moléculas de vapor movendo muito rapidamente 
atingem os núcleos com tal impacto que os arremessa para 
longe.
� Se o ar estiver frio, as moléculas se moverão mais lentamente 
e estarão mais aptas a aderirem e condensarem sobre o 
núcleo.
3. Evaporação, Condensação e Saturação
�Condensação
�Podemos ver que a condensação 
ocorrerá mais facilmente se o ar estiver 
frio e as moléculas de vapor estiverem se 
movendo mais vagarosamente. A 
condensação ocorre basicamente quando 
o ar está frio 
4. Umidade
�Há diferentes maneiras de especificar a 
quantidade de vapor d’água na 
atmosfera (referida como umidade)
�Umidade absoluta
�Umidade específica
�Razão de mistura
�Pressão de vapor
�Umidade relativa
�Temperatura ponto de orvalho
4. Umidade
�Parcela de Ar
4. Umidade
�Umidade Absoluta
� A umidade absoluta de uma parcela de ar:
umidade absoluta = massa de vapor/ volume de ar
� Umidade absoluta é como uma densidade 
de vapor d’água, normalmente expressa em 
(g/m3)
� A umidade absoluta é uma boa variável 
para se medir a umidade no ar? Por que?
4. Umidade
� Umidade Absoluta
� Considere uma parcela de ar a 1000mb 
� A parcela irá exercer uma pressão de 1000 mb para contrabalançar a pressão 
atmosférica agindo sobre a parcela
� Lembrando que Pressão = Força/Área
� Se nenhuma energia é adicionada ou retirada da parcela de ar, então a força 
das moléculas de ar exercida na parede da parcela será constante 
� Força = Pressão x Área = const
4. Umidade
� Umidade Absoluta
� A parcela de ar sobe até 500 mb
� Como Força = Pressão x Área = const, e visto que a pressão diminui a 
medida que o ar sobe, a área da parcela tem que aumentar, isto é a parcela 
expande.
4. Umidade
� Umidade Absoluta
� Lembre que umidade absoluta = massa de H2O / volume
� Q: A quantidade de vapor d’água (umidade) muda a medida que o ar sobre??
� Q: A umidade absoluta é constante a medida que a parcela sobe??
� A umidade absoluta é uma boa variável de umidade??
4. Umidade
�Umidade Específica
� A umidade específica de uma parcela de ar:
umidade específica = massa de vapor/ massa total do ar
� normalmente expressa em (g/kg)
� exemplo:
� Numa dada parcela de ar, a massa de vapor d’água é
1 g
� A massa total da parcela (N2, O2, AR, H2O, outros 
gases traços) é 1 kg
� Q. A umidade específica é?
4. Umidade
�Umidade Específica
� Como que é a distribuição latitudinal da umidade 
específica?
4. Umidade
�Razão de Mistura
� A razão de mistura de uma parcela de ar:
Razão de mistura = massa de vapor/ massa de ar seco
� normalmente expressa em (g/kg)
� exemplo:
� Numa dada parcela de ar, a massa de vapord’água é
1 g
� A massa do ar seco na parcela (N2, O2, AR, outros 
gases traços) é 1 kg
� Q. A umidade específica é?
4. Umidade
� Pressão de Vapor ou Pressão Real de Vapor
� Pressão exercida pelas moléculas de vapor nas paredes da 
parcela de ar.
� normalmente expressa em (hPa).
� A pressão total da parcela de ar é devido a soma das “pressões 
parciais" de cada gás que faz parte da parcela.
� A pressão parcial devido ao vapor d’água é chamada de “pressão 
de vapor“ ou “pressão real de vapor“ .
4. Umidade
� Pressão de Vapor ou Pressão Real de 
Vapor
� Um valor alto (baixo) de pressão de vapor indica 
um grande (pequeno) número de moléculas de 
vapor no ar.
4. Umidade
� Pressão de Vapor ou Pressão Real de Vapor
� O que seria a pressão de saturação de vapor? É a pressão que 
as moléculas do vapor d’água exerceriam se o ar estivesse 
saturado de vapor a uma dada temperatura.
� A pressão real de vapor indica o conteúdo real de vapor d’água, 
enquanto que a pressão de saturação de vapor descreve 
quanto de vapor d’água é necessário para saturar o ar a uma 
dada temperatura.
4. Umidade
� Pressão de Vapor ou Pressão Real de Vapor
� A pressão de saturação de vapor é dependente da temperatura
� Em altas temperaturas do ar, é necessário que se tenha mais 
vapor d’água para haver saturação do ar. Em baixas 
temperaturas do ar, não é necessário que haja muito vapor 
d’água para haver saturação do ar
� 10C = 12 mb
� 30C = 42 mb
4. Umidade
� Umidade Relativa
� Maneira mais comum e “mal entendida” de 
descrever a umidade do ar
� Ela não indica a quantidade real de vapor contida 
no ar
� ela nos diz quão perto o ar está de se tornar 
saturado.
� A umidade relativa é a razão entre a quantidade 
de vapor d’água realmente no ar e a quantidade 
de vapor d’água necessária para saturar o ar 
naquela temperatura particular (e pressão) 
4. Umidade
� Umidade Relativa
� A umidade relativa é dada em %
� UR de 50% significa que o ar contém metade da 
quantidade de vapor necessária para saturação.
� Ar com 100% de UR está saturado.
4. Umidade
� Umidade Relativa
� T = 10C e pressão real de vapor = 6mb. Qual é a 
umidade relativa?
� T = 10C e pressão real de vapor = 12mb. Qual é a 
umidade relativa?
� Se adicionarmos mais moléculas de vapor d’água ao ar, 
a pressão real de vapor irá crescer e gradualmente se 
aproximar da pressão de saturação de vapor. Portanto, 
a umidade relativa crescerá. Se removermos moléculas 
de vapor do ar, a pressão real de vapor decrescerá e a 
umidade relativa também.
4. Umidade
� Umidade Relativa
� Qual é a outra forma de alterarmos a umidade 
relativa do ar?
� É possível também mudar a umidade relativa sem 
mudar o conteúdo de vapor d’água do ar através de 
uma mudança na temperatura do ar. Isso acontece 
porque uma mudança na temperatura do ar altera a 
pressão de saturação de vapor do ar
� T = 10C e pressão real de vapor = 6mb. Qual é a 
umidade relativa?
� T = 30C e pressão real de vapor = 6mb. Qual é a 
umidade relativa?
4. Umidade
� Umidade Relativa
� Portanto, na medida que a temperatura do ar 
aumentar (sem que haja mudança no conteúdo 
de vapor d’água), a umidade relativa decrescerá. 
Na medida que a temperatura do ar caia, a 
umidade relativa aumentará porque o ar estará
se aproximando da saturação. 
4. Umidade
� Umidade Relativa
� Em muitos lugares, o conteúdo total de vapor do ar varia pouco 
durante o dia e, assim, é a mudança na temperatura do ar que 
basicamente regula as variações diárias na umidade relativa
4. Umidade
� Umidade Relativa
� Se é tão complicada, por que usar a umidade relativa 
como medida de umidade?
� Condiciona a quantidade de evaporação nas superfícies úmidas e a 
transpiração nas plantas.
� Interfere nas condições de conforto
� Exemplo:
� Qual é a melhor hora para irrigar seu canteiro para minimizar a 
evaporação?
� Umidade relativa muito baixa pode ter um efeito adverso nos 
organismos vivos: ressecamento e rachaduras na pele, 
ressecamento do canal nasal permite a inalação e incubação de 
bactérias, causando infecções persistentes
4. Umidade
� Umidade Relativa e o Desconforto Humano
� Em um dia muito quente, quando a umidade relativa é
alta, por que o desconforto é maior?
� A principal forma de resfriamento do corpo é a transpiração.
� Se a UR é alta, o processo de evaporação da transpiração é
ineficiente (o ar está próximo da saturação).
� Quando a temperatura do ar é alta e a umidade relativa baixa, 
a transpiração da pele evapora rapidamente.
� Menos evaporação significa menos resfriamento, e assim nós 
pensaremos que está mais quente do que está a uma 
temperatura similar mas com umidade relativa mais baixa. 
4. Umidade
� Índice de Calor
�Este índice combina a temperatura 
do ar com a umidade relativa para 
determinar a temperatura aparente 
– que é como uma pessoa comum 
“percebe” a temperatura do ar, 
levando em consideração várias 
combinações de temperatura e 
umidade. 
4. Umidade
� Temperatura do Ponto de Orvalho
� Volume de ar com T=20C e UR=100%.
� Este volume é aquecido até 30C, sem que haja mudança no 
conteúdo de vapor d’água no ar e na pressão atmosférica. A 
UR cai e o ar não estará mais saturado.
� Este ar de 30C deve ser resfriado até que temperatura para se 
tornar saturado novamente? Naturalmente a resposta é 20C.
� Para esta quantidade de umidade, 20C é chamada a 
temperatura do ponto de orvalho ou, simplesmente, ponto 
de orvalho.
4. Umidade
� Temperatura do Ponto de Orvalho
4. Umidade
� Temperatura do Ponto de Orvalho
� Como a pressão atmosférica varia muito lentamente 
na superfície da terra, o ponto de orvalho é um bom 
indicador do conteúdo real de vapor d’água no ar.
� Valores altos do ponto de orvalho indicam altos 
conteúdos de vapor d’água; baixos valores de ponto 
de orvalho indicam baixos conteúdos de umidade.
� Adicionar vapor d’água ao ar aumenta o ponto de 
orvalho; remover vapor d’água diminui o ponto de 
orvalho.
4. Umidade
� Temperatura do Ponto de Orvalho
� A diferença entre a temperatura do ar e do ponto de 
orvalho pode indicar se a umidade relativa é baixa ou 
alta.
� Quando a temperatura do ar e o ponto de orvalho 
estão muito afastadas, a umidade relativa é baixa; 
quando elas estão com valores próximos, a umidade 
relativa é alta.
� Quando as temperaturas do ar e do ponto de orvalho 
são iguais, o ar está saturado e a umidade do ar é de 
100%.
4. Umidade
� Temperatura do Ponto de Orvalho
4. Umidade
4. Umidade
� Medindo a Umidade Relativa - Psicrômetro
� 2 termômetros montados lado a lado. Os termômetros são 
absolutamente iguais exceto pelo fato de que um deles tem 
um pedaço de tecido (musselina) cobrindo seu bulbo. O 
termômetro coberto com o tecido – chamado de bulbo úmido –
é umedecido com água limpa, enquanto que o outro 
termômetro é mantido seco. Ambos os termômetros são bem 
ventilados por alguns minutos, tanto através do giro do 
instrumento (psicrômetro de funda) ou através de um 
ventilador (psicrômetros aspirados). 
4. Umidade
�Medindo a Umidade Relativa - Psicrômetro
� A água evapora do tecido e o termômetro resfria.
� Quanto mais seco o ar, maior a quantidade de 
evaporação e de resfriamento. Depois de alguns 
minutos, o termômetro de bulbo úmido terá
estabilizado sua temperatura e atingido seu valor 
mais baixo.
� Esta é a temperatura do bulbo-úmido – a menor 
temperatura que se pode atingir pela evaporação da 
água para o ar. 
4. Umidade
�Medindo a Umidade Relativa - Psicrômetro
� O termômetro seco (geralmente chamado de bulbo-seco) dá a 
temperatura do ar.
� A diferença de temperatura entre o bulbo-seco e o bulbo-
úmido é conhecida como depressão dobulbo-úmido.
� Uma grande depressão indica que uma grande quantidade de 
água pode evaporar para o ar e que a umidade relativa é
baixa.
� Uma pequena depressão indica que pouca evaporação de 
água é possível, deste modo o ar está próximo à saturação e a 
umidade relativa é alta.
� Se não houver depressão, o bulbo-úmido e o bulbo-seco têm o 
mesmo valor; o ar está saturado e a umidade relativa é de 
100%.
4. Umidade
�Pode a umidade relativa do ar ser 
igual a 100% e considerarmos o ar 
como estando “seco”?
�Existe mais umidade no ar no 
deserto do Saara do que no ar 
saturado das regiões polares?
�Depende de que indicador de 
umidade estejamos falando
4. Umidade
4. Umidade
�Levando em consideração os 
conceitos de umidade do ar e 
saturação:
�Vale a pena colocar roupas para 
secar a noite? Por quê?
�Quando é melhor regar as plantas? 
Pela manhã ou a tarde?