Introdução às Ciências Atmosféricas - Aula4 b

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Umidade Atmosférica
Leonardo F. Peres
leonardo.peres@igeo.ufrj.br
METEOROLOGIA GERAL
Roteiro
1. Formação de Orvalho e Geada
2. Formação de névoa, nevoeiro: 
núcleos de condensação
3. Formação de Nevoeiro
4. Tipos de nuvens
1. Formação de Orvalho e Geada
� Orvalho – Forma quando o resfriamento noturno faz com que a 
temperatura do ar junto a superfície baixe até a temperatura do 
ponto de orvalho. Neste caso ocorre a condensação sobre a 
superfície (orvalho)
� Esta fina camada de orvalho não só molha os pés das pessoas 
mas é uma valiosa fonte de umidade para muitas plantas e 
animais durante períodos de baixa precipitação.
1. Formação de Orvalho e Geada
�Orvalho – Se a temperatura do ar cair 
abaixo de 0C, o orvalho congela 
formando o orvalho congelado
T≤0C orvalho congelado 
1. Formação de Orvalho e Geada
� Se T = Td < 0C, acontece a geada ou geada branca. 
Isto é, quando a temperatura do ponto de orvalho é
igual ou menor do que o ponto de congelamento e a 
temperatura do ar se iguala a Td, então pode ocorre 
sublimação (o vapor d’água muda diretamente para 
gelo) – geada ou geada branca
T=Td≤0C 
geada se forma
1. Formação de Orvalho e Geada
� Orvalho e geada ocorrem geralmente somente 
próximo à superfície, por que??? Devido a inversão 
radiativa.
1. Formação de Orvalho e Geada
�Quais as condições que favorecem a 
formação de orvalho e geada?
� Noites longas
� Noites calmas (sem vento)
� Ausência de nebulosidade
� Por que? Forte resfriamento radiativio, 
pouca turbulência para misturar o ar frio 
próximo a superfície com o ar mais 
quente acima.
1. Formação de Orvalho e Geada
� Estas condições atmosféricas (noites 
longas, noites sem vento e ausência de 
nebulosidade) são geralmente associadas 
com o bom tempo.
� Esta observação inspirou o seguinte verso: 
�When the dew is on the grass, rain will never
come to pass. When grass is dry at morning
light, look for rain before the night!
1. Formação de Orvalho e Geada
� Em tempo muito seco, o ar pode ficar 
bastante frio e cair abaixo do ponto de 
congelamento sem que atinja o ponto de 
geada e, deste modo, nenhuma geada se 
formará. Geada negra é o nome que se dá
a esta situação – uma situação que pode 
causar sérios danos às plantas.
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
�O processo de condensação do vapor e, 
posteriormente, de formação de uma gota 
de nuvem não é tão simples na atmosfera
� NECESSÁRIO Núcleos de Condensação 
para formar nuvens (MET. FIS. I)
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Mostra-se que para condições sub-saturadas 
e<es a nucleação (formação de gotículas de 
água) homogênea (sem presença de 
aerossóis):
� Formação de gotículas não é favorecida
� A colisão de moléculas de água ocorre formando 
gotas embrionárias muito pequenas (evaporam)
� Estas gotas nunca crescem o bastante para se 
tornarem visíveis
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Mostra-se que para condições super-saturadas 
e>es a nucleação (formação de gotículas de 
água) homogênea (sem presença de 
aerossóis):
� Gotas com um raio R < que um determinado valor 
r (raio crítico) tende a evaporar
� Gotas que crescem por colisão e chegam a ter um 
raio R > r (raio crítico) irão continuar a crescer 
espontaneamente por condensação
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Existe uma fórmula (Kelvin) que pode ser usada 
para:
� Determinar a quantidade vapor (pressão de vapor) 
necessária para que a gota tenha o tamanho crítico r
� r = 0.01 micrometros requer RH = 112.5%
� r = 1.0 micrometros requer RH = 100.12%
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Supersaturação em nuvens naturais devido a 
ascensão adiabática do ar raramente excede 
1% (RH=101%)
� Consequentemente, gotas não vão se formar 
em nuvens naturais pela nucleação homogênea 
de água pura
� Gotas se formam em nuvens naturais pelo 
processo de nucleação heterogênea
� Gotas de nuvem crescem sobre aerossóis 
atmosféricos
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Gotas podem se formar e crescer sobre aerossóis com 
uma supersaturação muito mais baixa do que a 
necessária para a nucleação homogênea
� O vapor d’água que condensar sobre um aerossol com 
um raio de 0.3 micrometro precisará de uma 
supersaturação de somente 0.4% para que este valor 
de raio seja o correspondente ao raio crítico.
� Aerossóis dão um ponta pé inicial (impulso inicial) para 
o tamanho de uma gota de nuvem em crescimento.
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
� Núcleos de Condensação:
� Partículas pequenas no ar:
� poeira 
� vulcões 
� fumaça de fábricas 
� queimadas florestais 
� sais dos oceanos 
� Eles são mais abundantes na baixa troposfera 
e sobre áreas urbanas 
� Eles são bastante pequenos em relação a 
gotas de nuvem e gotas de chuva
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
2. Formação de Névoa e Nevoeiro: Núcleos de Condensação
�Massa total de Total de Núcleos de 
Condensação colocadas a cada ano na 
atmosfera é cerca de 2x1012 kg!!!!
� 2 tipos de Núcleos de Condensação:
� Higroscópico – capturam água - H2O 
condensa sobre estes (sal de oceanos)
� Hidrofóbico- repelem água - H2O não 
condensa sobre estes (cera sobre o carro)
2. Formação de Névoa
� 2 tipos de Névoas
� Névoa seca – partículas gigantes no ar 
(fumaça, poeira)
� Névoa Úmida - H2O condensa sobre núcleos 
de condensação higroscópicos – pode ocorrer 
com umidades relativas em torno de 75%
3. Formação de Nevoeiro
� Se a umidade do ar aumentar até 100% e 
a quantidade de partículas líquidas 
aumentar e o seu tamanho também a 
ponto de restringir a visibilidade a menos 
de 1 km – nevoeiro
� É realmente uma nuvem próxima ao solo
3. Formação de Nevoeiro
�Tipos de nevoeiros
�Nevoeiros de radiação
�Nevoeiros de advecção
�Nevoeiros de inclinação
�Nevoeiros de evaporação
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiros de radiação
� Condições favoráveis: as mesmas do orvalho
� camada rasa de ar úmido próximo da superfície 
� noites longas
� céu claro
� brisa fraca
� O resfriamento radiativo permite que a temperatura 
do ar caia até a temperatura do ponto de orvalho. 
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiros de radiação
� Uma vez que a temperatura chegue a temperatura 
de ponto de orvalho o nevoeiro de radiação começa 
a se formar
� Comum no final de outono e inverno
� Associados aos anticiclones (sistemas de alta 
pressão)
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiros de radiação
� Geralmente se formam em vales (onde o ar frio se 
encontra) – chamado de nevoeiro de vale. Ocorre 
frequentemente em vales com rios devido ao ar frio e com 
grande conteúdo de umidade 
� Os nevoeiros de radiação se formam de cima para baixo ou 
de baixo para cima??
� A que horas os nevoeiros de radiação são mais 
espessos??
� Nevoeiro “se levanta” com a chegada do sol
3. Formação de Nevoeiro
�Nevoeiros de radiação
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiros de advecção - Resultante do 
resfriamento que sofre uma massa de ar 
durante seu movimento horizontal
� Comum na costa do Pacífico nos EUA
� Corrente fria ao longo da costa
� Água mais quente mais afastada da costa
� O ar quente e úmido é carregado (advectado) pelos ventos 
de oeste sobre a águas frias costeiras.
3. Formação de Nevoeiro
� Comum na costa do Pacífico nos EUA
� Calor é transferido do ar quente e úmido para a água 
fria próxima a costa por condução
� A parcela chega a saturação (T=Td) – o nevoeiro é
formado e advectado para o continente
� Necessita de uma brisa leve para este processo
3. Formação de Nevoeiro
� Comumna costa do Pacífico nos EUA
� Quando ocorre a brisa de verão em São Francisco, é
comum observarmos o nevoeiro de advecção envolvendo a 
Ponte Golden Gate
� Dentro do continente, o solo mais quente tende a dissipar
� Nevoeiro de advecção pode ser uma fonte importante de 
umidade para plantas ao longo da costa da CA – raramente 
chove no verão
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Inclinação
� Considere o seguinte exemplo e uma parcela de ar sobre o 
Golfo México
� Mova esta parcela em direção a Denver
� A medida que a parcela ascende a inclinação, ela expande 
e resfria até o ponto de orvalho
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Inclinação
� O nevoeiro de inclinação então se forma
� Necessita de vento e também da inclinação
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
� Anteriormente vimos a formação de nevoeiro pelo 
resfriamento do ar
� Nevoeiro pode se formar também por mistura de 
duas massas de ar não saturadas
� O nevoeiro que se forma desta maneira é
geralmente chamado de nevoeiro de evaporação 
porque a evaporação inicialmente enriquece o ar 
com vapor d'água.
� Comum sobre lagos no outono (o ar frio se coloca 
sobre água ainda quente resultante do longo verão)
� Observados sobre piscinas aquecidas durante o 
inverno
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
� Como se forma? Necessita de ar frio sobre um lago 
quente
� Calor e umidade são transferidos da água quente 
para o ar seco e frio acima
� A transferência de calor e umidade ocorre numa 
camada rasa próxima à superfície do lago
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
� Portanto temos uma situação instável com ar quente 
e saturado próximo a superfície do lago e ar frio 
acima
� O ar ascende formando um nevoeiro de corrente
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
� O nevoeiro de corrente pode ser observado depois 
de uma pancada de chuva quando o sol incide sobre 
uma estrada úmida, aquecendo o asfalto e 
evaporando rapidamente a água. Isto adiciona vapor
no ar acima, produzindo nevoeiro de corrente. 
3. Formação de Nevoeiro
� Nevoeiro de Evaporação (mistura) (corrente)
� Em um dia frio podemos produzir um nevoeiro de (mistura 
de) evaporação. Quando o ar úmido sai de sua boca ou 
nariz e encontra ar frio e se mistura com ele, o ar torna-se 
saturado e uma nuvem fina se forma cada vez que você 
exala sua respiração.
3. Formação de Nevoeiro
�Nevoeiro pode se configurar 
num problema sério de 
previsão de tempo:
�Aviação 
�Transporte terrestre 
�Atividades marítimas
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens são formadas de gotas líquidas 
de vários tamanhos e/ou de cristais de 
gelo
� Elas são caracterizadas de acordo com a 
sua altura dentro da atmosfera e seu 
desenvolvimento vertical:
� Nuvens altas
� Nuvens médias
� Nuvens baixas
� Nuvens com desenvolvimento vertical
4. Tipos de Nuvens
Nuvens com desenvolvimento vertical
� Cumulus (Cu) 
� Cumulonimbus (Cb)
Nuvens Médias
� Altostratus (As) 
� Altocumulus (Ac) 
Nuvens Baixas
� Stratus (St) 
� Stratocumulus (Sc) 
� Nimbostratus (Ns) 
Nuvens Altas
� cirrus (Ci) 
� cirrostratus (Cs) 
� cirrocumulus (Cc) 
� NOTE: Os nomes das nuvens surgem de palavras latinas:
� Cirrus – ondulação, encrespamento, espiral, cacho, caracol
� Stratus - camada
� Cumulus - amontoado
� Nimbus – chuva violenta
4. Tipos de Nuvens
� Ajudam a saber
� O que aconteceu
� O que está acontecendo
� O que acontecerá
�O que se deve observar:
� Altura da base
� A cobertura do céu (em décimos ou oitavos 
do céu)
� Tipo de nuvem
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrus (Ci)
� Nuvens altas são formadas largamente de gelo
� Altura da base de nuvens altas:
� Região Tropical – 6-18 km
� Latitudes Médias - 5-13 km
� Região Polar - 3-8 km
� Nuvens Cirrus:
� Nuvens isoladas, brancas, em forma de filamentos, 
aspecto fibroso (como cabelos), vírgulas, mais 
brancas que qualquer outra nuvem
� cristais de gelo
� Associada com tempo bom 
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrus (Ci)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrus (Ci)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrus (Ci)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrostratos (Cs)
� Véu nebuloso transparente e esbranquiçado
� Fenômeno de halo
� Cobre totalmente ou parcialmente o céu
� Não impede que objetos no solo tenham 
sombra
� Cristais de gelo
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrostratos (Cs)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrostratos (Cs)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrostratos (Cs)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrocumulus (Cc)
� Lençol ou camada de nuvens brancas
� Nuvens altas rodeadas de pufes brancos 
� Elementos pequenos em forma de grãos 
dispostos regularmente
� Aparência de escamas de peixes
� Largura aparente < 1grau
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrocumulus (Cc)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Altas - Cirrocumulus (Cc)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altocumulus (Ac)
� Nuvens médias formadas de água e/ou gelo
� Altura da base de nuvens médias:
� Região Tropical – 2-8 km
� Latitudes Médias - 2-7 km
� Região Polar - 2-4 km
� Nuvens Altocumulus:
� Nuvens rasas, formato de pufes, brancas ou 
acinzentadas
� Lâminas, rolos, com regularidade
� 1 grau < Largura aparente < 5 graus
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altocumulus (Ac)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altocumulus (Ac)
4. Tipos de Nuvens
� Cirrocumulus ou Altocumulus???
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altostratus (As)
� Camada fina de nuvens acinzentadas 
cobrindo todo céu uniformemente
� Pode-se ver o sol através dos altostratus, mas 
NÃO se observa halo
� Encontrada na dianteira de tempestades
� Pode produzir precipitação
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altostratus (As)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altostratus (As)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Médias - Altostratus (As)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Stratus (St)
� Altura da base de nuvens baixas:
� Região Tropical – 0-2 km
� Latitudes Médias - 0-2 km
� Região Polar - 0-2 km
� Nuvens Stratus:
� Camada uniforme acinzentada cobrindo todo o céu
� Base uniforme
� Não produz halo
� Pode produzir chuvisco
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Stratus (St)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Stratus (St)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Nimbostratus (Ns)
� Camada nebulosa cinzenta escura e sombria
� Oculta o sol
� Produz descargas elétricas
� Queda contínua de chuva moderada sobre 
uma larga região
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Nimbostratus (Ns)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas - Nimbostratus (Ns)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas – stratocumulus (Sc)
� Nuvens granulosa, com protuberâncias, com 
formato de pufes em retalhos ou massas 
arredondadas
� Cinzenta ou esbranquiçadas
� Visualmente aparecem maiores que os 
altocumulus
� Às vezes precipitação fraca
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas – stratocumulus (Sc)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas – stratocumulus (Sc)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens Baixas – stratocumulus (Sc)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulus (Cu)
� Nuvens isoladas, densas
� Contornos nítidos
� Parte superior como couve-flor
� Parte iluminada é branca
� Base é escura e horizontal
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulus (Cu)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimentoVertical -
Cumulus (Cu)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulus (Cu)
� Subtipo - cumulus congestus – desenvolvimento 
moderado
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulonimbus (Cb)
� Tempestades 
� Desenvolvimento a partir de Cu 
� Grande extensão vertical – podem se extender até a 
tropopausa
� Pode conter tanto água quanto gelo - parte superior: 
cristais de gelo
� Há precipitação (chuva, neve, granizo)
� Produz descargas elétrica e tempo severo
� Parte alta – achatada, forma de bigorna
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulonimbus (Cb)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulonimbus (Cb)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulonimbus (Cb)
4. Tipos de Nuvens
� Nuvens de desenvolvimento Vertical -
Cumulonimbus (Cb)
4. Tipos de Nuvens
� Resumo dos tipos de nuvens
4. Observações de Nuvens
� Feita do solo
4. Observações de Nuvens
� Satélites
� Primeiro satélite meteorológico lançado em 
1950
� Normalment usamos 2 tipos de satélies para 
monitorar o tempo:
� Geoestacionário
� Polar
4. Observações de Nuvens
� Satélite Geoestacionário
� Posicionados sobre o equador
� Orbitam a Terra com a mesma velocidade de 
rotação da Terra
� Portanto, permitem uma observação contínua 
de um mesmo local
4. Observações de Nuvens
� Satélite Geoestacionário
� Quais são as vantagens dos satélites 
geoestacionários? Fornece o monitoramento 
contínuo de um dado local
� Quais são as desvantagens dos satélites 
geoestacionários? Não possui cobertura 
global
4. Observações de Nuvens
� Satélite Polar
� Orbita aproximadamente N-S ao redor do 
globo
� Passa sobre os polos
� Largura de scan de aproximadamente 300 km
� 1 orbita leva cerca de 120 minutos
4. Observações de Nuvens
� Satélite Polar
� Quais são as vantagens dos satélites 
polares? cobertura global
� Quais são as desvantagens dos satélites 
polares? Não fornece o monitoramento 
contínuo de um dado local. Por volta de 2 
observações de um mesmo local num dia
4. Observações de Nuvens
� Principais tipos de observação
� Satélites coletam 2 principais tipos de 
imagens meteorológicas:
� Visível
� Basicamente uma figura das nuvens – muito parecido de 
como uma foto obtida com uma câmera
� Infravermelho
� Nos diz a temperatura do que o satélite está observando, 
superfície do mar e continente ou do topo das nuvens
� Bastante útil para se determinar a altura da nuvem 
(baixa, média e alta)
4. Observações de Nuvens
� Principais tipos de observação
� Visível
4. Observações de Nuvens
� Principais tipos de observação
� Infravermelho