resumao (2) Meteorologia básica UFRRJ

Prévia do material em texto

TEORICA
 UMIDADE DO AR
Agua na atmosfera e suas mudanças de fase desempenham função importantíssima em diversos processos físicos naturais como transporte e distribuição de calor na atm; absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre; formação de nuvens e fenômenos hidrometeoros; evaporação/evapotranspiração; condensação/orvalho.
Quantificação da umidade atmosférica é de grande importância para: Estudos de conforto térmico animal e humano; Dimensionamento de sistemas de acondicionamento térmico para animais e plantas; Estimativa do tempo e da energia requerida para secagem de produtos agrícolas; Controle da umidade do ar dentro de uma unidade de armazenamento de frutas, hortaliças, ovos, cereais, entre outros; Estudos de doenças e pragas. 
umidade é o termo geral usado para descrever a presença de vapor d’água no ar. Esta presença de vapor d’água pode ser descrita quantitativamente de várias maneiras. Dentre elas estão pressão de vapor, umidade relativa, umidade absoluta e razão de mistura.
Umidade=4% do volume de ar - SATURADO; capacidade máxima de reter umidade.
Umidade=0% do volume de ar - SECO; 
Umidade entre 0% e 4% do volume de ar - ÚMIDO. 
Pressão de Vapor D’Água
umidade do ar, a pressão atmosférica pode ser representada pelo somatório da pressão do ar seco + pressão do vapor d’água Patm = PArSeco + PH2O
Pressão Máxima (Saturação) do Vapor D’água (es)
 
ts = temperatura do ar em °C
es = pressão de saturação do vapor d’água bulbo seco (es) (kPa);
A saturação de uma amostra de ar úmido pode ser alcançada por um dos processos abaixo: 
i) Aumento da umidade da amostra de ar, a temperatura constante, até q a pressão real (e) = a pressão de saturação (es); 
ii) Reduzir a temperatura, diminuindo a capacidade do ar atmosférico de conter vapor d’água, diminuindo pressão de saturação es.
Pressão Real de Vapor D’água (e)
pressão exercida pelo vapor d’ água, como outros constituintes da atmosfera, ocorre em todas as direções e depende da concentração de vapor. A pressão real ou parcial do vapor d’água pode ser estimada pela equação psicrométrica, dada em kPa
Depressão Termométrica (Dt) 
A temperatura do bulbo seco será sempre maior ou igual a do termômetro de bulbo úmido. Quanto menor o seu valor mais próximo da saturação está o ambiente. Assim, a depressão termométrica pode ser representada pela seguinte equação: 
Dt = ts – tu (oC)
Déficit de Pressão de Saturação (DS) 
Seria a quantidade de vapor d’água que falta para saturar o ambiente. Quando o déficit é igual a zero (es = e), o ar está saturado e quanto maior o déficit menor a umidade atmosférica. O déficit pode se obtido pela seguinte equação: 
DS = es – e (kPa)
Psicrometria
refere-se à quantificação do vapor d’água em determinado ambiente pode ser feita basicamente por três métodos de estimativa: Analítico; Tabular; Gráfico
Razão de mistura (r) e umidade específica (q) 
A densidade de vapor d’água é a massa de vapor contida numa unidade de volume de ar. A temperatura “T” na equação 7.6 é referente ao bulbo seco ts (temperatura do ar). 
A densidade do ar seco é a massa de ar seco contido numa unidade de volume de ar. A densidade do ar é a massa de VAPOR D’ÁGUA + AR SECO contido numa unidade de volume de ar, conforme a seguinte equação
Umidade Relativa (UR %)
é a relação entre a quantidade de água presente e aquela que prevaleceria em condições saturadas, à mesma temperatura do ar. pode ser obtida por: Aparelhos: Diretamente =higrógrafo ou higrômetro ou indiretamente = Psicrômetros ventilação natural e forçada; Tabular: Através da tabela psicrométrica, usando ts ou tu ou Dt; UR=(e/es) x 100
Umidade Absoluta (UA) 
Massa de vapor d’água contida na unidade de volume do ar expressa em massa (g) por volume (m3).
UA= 2168 x e/T (g/m³)
Temperatura do Ponto de Orvalho (tpo) 
é a temperatura na qual a saturação ocorreria se o ar fosse resfriado adiabaticamente (sem troca de calor ou massa) e à pressão constante e sem adição ou remoção de vapor d’água. 
ou
Calcula-se o “e” em seguida entra-se com o valor encontrado de “e” dentro da tabela de pressão máxima de vapor (es), procurando o mesmo valor ou próximo a ele, obtendo consequentemente a temperatura que corresponde
Variação Temporal e Espacial da Umidade do Ar – Escala Diária e Mensal 
Isso faz com que a UR varie continuamente ao longo do dia, chegando ao valor mínimo no horário da temperatura do ar máxima e um valor máximo a partir do momento em que a temperatura do ponto de orvalho (tpo) é atingida. Na escala anual e diária (Figura 7.8) a UR média acompanha basicamente o regime de chuvas, pois havendo água na superfície haverá vapor d’água no ar.
PRATICA
Medidores - Higrômetro 
Finalidade: Medir a umidade relativa do ar no momento da observação. 
Constituição: a. Órgão Sensível: fios de cabelo humano de preferência claro e poucos oleosos q sofre variação no seu comprimento de acordo com as variações da umidade do ar. É amplificada e indicada sobre uma escala graduada em (%)
Leitura: A leitura é feita diretamente em todas as observações. 
Instalação: abrigo meteorológico.
- Psicrômetro 
Finalidade: det a umidade relativa do ar, baseada em medidas dos termômetros de bulbo molhado e seco. 
Constituição: 2 termômetros (bulbo seco e molhado), sendo mais utilizado que o higrômetro, + prático e preciso. 
Os psicrômetros podem ser de dois tipos: 
Ventilação Natural: Possui um reservatório com água no qual é colocada a musselina que envolve o bulbo. O reservatório deverá estar sempre cheio com água destilada e para o aparelho entrar em equilíbrio com o ar que o circunda, devemos esperar por algumas horas 
Ventilação Forçada: Este não possui o reservatório com água permanente. O bulbo deve ser umedecido no momento da observação. Para que entre logo em equilíbrio com o ar que o circunda existe uma ventoinha que é acionada no momento da leitura. Essa ventoinha vai funcionar como um sugador de ar, e faz com que todo ar que rodeia o aparelho passe pelo bulbo e por isso pode-se logo entrar em equilíbrio após fazer a leitura. 
Leitura: A leitura dos psicrômetros é feita diariamente em todas as observações pode-se aplicar três métodos de estimativa para quantificarmos o vapor d’ água: 1. Método Tabular: Entra-se com os valores da depressão termométrica (Δt) e temperatura do bulbo seco (ts) e tem-se a umidade relativa do ar em %. Este método é utilizado 2. Gráfico Psicrométrico: Este método é muito utilizado por ser prático e rápido “visual” pode ser utilizado para substituir as equações da umidade do ar; 3. Método Analítico: Método que usa as equações da umidade do ar. Ele é um método de cálculo preciso e não visual. 
Instalação: o psicrômetro é instalado no abrigo meteorológico ou termométrico.
Registradores - Higrógrafo 
Aparelho mecânico que se baseia no princípio de modificação das dimensões (contração/expansão) de uma mecha de cabelo humano arranjado em forma de harpa, com a variação da umidade do ar precisa de calibração frequente, principalmente, pela perda de elasticidade dos fios de cabelo, e necessita também de limpeza de poeira
Mecanismo de registro: é composto de um tambor de relojoaria, de uma pena e de um diagrama. O diagrama do higrógrafo é chamado de higrograma. 
O diagrama pode ser diário ou semanal em função da corda do tambor de relojoaria. 
Diagrama diário: trocar diariamente antes da 1ª observação (12:00h GMT); 
Diagrama semanal: trocar às 2ª feiras, antes da 1ª observação (12:00h GMT). 
Instalação: abrigo meteorológico
- Sensores capacitivos 
utilizados em estações automáticas. Constitui-se de um filme de polímero, que absorve vapor d’água do ar alterando a capacitância de um circuito ativo. É recomendável fazer calibrações periódicas e limpeza, principalmente em períodos muitos secos. instalado juntamente com o sensor de temperatura, num abrigo meteorológico da estação automática
Finalidade: registrar a umidade relativa do ar instantânea, máxima e mínima. 
Órgão Sensível:o órgão sensível da umidade relativa do ar é um polímero colocado entre 2 elétrodos, constituindo um condensador. A capacidade depende da umidade absorvida e representa a umidade relativa do ar. 
Medições analógicas: medida da tensão. Amostragem a cada 5 segundos. O valor instantâneo usado em relatórios meteorológicos é a média de um minuto
Condensação do ar – nuvens
Para que ocorra condensação na atmosfera são necessárias duas condições: i) ar saturado e ii) presença de núcleos de condensação, principal núcleo de condensação é o cloreto de sódio (NaCl) ou 2-metiltreitol, álcool proveniente da reação do isopreno emitido pela floresta com a radiação solar, considerado o principal núcleo de condensação para formação das chuvas convectivas na região Amazônica
 formas para que o ar atmosférico alcance a saturação, são elas: 
I. Aumento da pressão real de vapor d’água (ea) devido à adição de vapor d’água a atmosfera, que naturalmente ocorre por evaporação e transpiração; 
II. Resfriamento do ar, de forma a diminuir a pressão de saturação do vapor d’água do ar (es); 
Quando há diminuição da temperatura do ar, diminui a quantidade de vapor d’água necessária para o ar ficar saturado. Eventualmente, atinge-se uma temperatura para a qual a pressão de vapor real (ea) se torna igual à pressão de saturação (es). Qualquer arrefecimento subsequente provoca a condensação
Para que haja precipitação, é necessário que haja condensação, e crescimento das gotas (coalescência) ate tamanho suficiente para que sob a ação gravitacional vençam a resistência e as correntes de ar ascendentes.
Fatores que fazem com que a Parcela de Ar seja levada a Saturação
Resfriamento da massa de ar formação de nuvens e do orvalho ocorre quando parcelas de ar úmido se elevam na atmosfera e se resfriam adiabaticamente. 
Adição de vapor d´água à massa de ar ocorrerá quando a pressão real (ea) tornar-se igual à pressão de saturação (es). Qnt > for a temp do ar > es, < será a UR do ar para uma condição de ea constante. Para isso, n deve haver nebulosidade, ocorre sempre no período do amanhecer e a noite. 
Condensação em Altitude 
Considerando que a pressão atmosférica diminui com a altitude, a parcela de ar expande rapidamente. Com a redução da energia interna da parcela de ar, diminui sua temperatura, sem que existam significativamente trocas de calor com o ambiente (resfriamento adiabático) Ao resfriar, próx à denominada temp de orvalho, se inicia a condensação, se existirem na atm os núcleos de condensação, que podem ser sais, partículas ou superfícies onde o vapor d’água possa ter base de apoio para retornar a fase liquida. Além do processo de resfriamento adiabático, a condensação também pode ocorrer por resfriamento por contato e resfriamento por radiação. Estes últimos fenômenos formam geralmente o orvalho, geada e neblina.
Fatores que Favorecem a Elevação da Massa de Ar 
Relevo - Quando os ventos encontram um obstáculo do relevo o ar é forçado a subir, se a parcela de ar q se eleva resfriar até atingir a temp do ponto de orvalho, nível em que ocorre a saturação, é denominado de nível de condensação por levantamento (NCL). poderá condensar e formar uma nuvem orográfica. Isso ocorre devido a barreira ao fluxo de ar e força o ar a subir. Da face de onda escoa o vento = barlavento. Quando o ar escoa pela montanha e atinge o outro lado, muito da umidade se perde = sotavento. 
Processo de Convecção Térmica - transferência de calor da superfície p a atm. O ar próx a superfície se aquece por contato com a mesma, o ar + quente, - denso se eleva, e aquece esse perfil por convecção, a medida q d o ar se eleva, ela se expande, o que induz ao processo de resfriamento adiabático. Quando a temperatura da parcela se iguala a temperatura do ponto de orvalho, a atmosfera estará saturada e se existirem núcleos de condensação, ocorre a condensação e leva a formação de nuvens do tipo Cumulus Congestus ou Cumulonimbus que poderá dar origem a chuva.
Superfície Frontal -encontro entre massas de ar de diferentes temperaturas e umidade, frente fria o ar mais frio eleva o ar quente à sua frente e este vai esfriando a medida que é obrigado a subir. Desde que seja suficientemente úmido, o ar quente condensa formando Cumulus, e posteriormente Cumulonimbus. Os ventos em altitudes mais altas escoam no topo da Cumulonimbus, gerando Cirrus e Cirrostratus
Frente Quente (Figura 8.5), o ar quente por ser menos denso que o ar frio, sobe acima do ar frio. Muitas vezes, uma camada de Cirrus é observada a mais 1.000 quilômetros da frente quente, ou seja, aproximadamente 48 horas antes dela chegar. Daí forma-se nuvens Cirrostratus e Altostratus. Na sequência surgem nuvens do tipo Stratus e Nimbostratus
Condensação na Superfície 
Nevoeiro - É uma suspensão de minúsculas gotículas < 60 um ou cristais de gelo numa camada de ar próxima à superfície da Terra capaz de reduzir a visibilidade. Por convenção internacional, usa-se o termo nevoeiro quando a visibilidade horizontal no solo é < a 1 km
Nevoeiro de Radiação -Resulta do resfriamento radiativo da superfície e do ar adjacente. Ocorre em noites de céu sem nebulosidade, ventos fracos (1 m/s) e umidade relativa alta.
Nevoeiro de Advecção - Ocorre quando o ar quente e úmido escoa uma superfície fria, resfriando-se por contato e também por mistura com o ar frio que estava sobre a superfície, até atingir a saturação. Ventos entre 10 e 30 km/h
Nevoeiro Orográfico - ar úmido escoa sob terreno inclinado, como encostas de colinas ou montanhas. Devido ao movimento ascendente, o ar se expande e resfria adiabaticamente.
Neblina - Condensação que ocorre junto à superfície, causada pelo resfriamento do ar quente e úmido quando entra em contato com um solo frio ou superfície líquida. Formada normalmente abaixo do topo das encostas das serras e montanhas. Gotículas de água formada tem diâmetro > 60 um e a visibilidade horizontal na superfície é > a 1 km. Pode ocorrer a qualquer momento do dia e não necessariamente se dissipa quando o Sol nasce ou quando aumenta a velocidade do vento. Nuvem stratus
Orvalho - As superfícies esfriam intensamente à noite por resfriamento radiativo. Mais intensamente com situações de céu sem nebulosidade e ventos calmos. Se uma superfície esfria a uma temperatura inferior ao ponto de orvalho, a água condensa sobre a superfície e gotas de orvalho se formam, a formação das gotículas se dá por deposição sobre superfícies de plantas, objetos
Geada - condicionado pela diminuição da temperatura do ar a valores abaixo de 0ºC. A umidade presente no ar então se condensa e se deposita sobre uma superfície vegetal, 
Nuvens 
Conjunto visível de gotículas de água na fase líqa ou sólida suspensos no ar, ou de ambas ao mesmo tempo, que se encontram em suspensão na atmosfera. Originadas devido à condensação da umidade do ar na atmosfera. Importante para a caracterização e avaliação das condições do tempo meteorológico, juntamente com a temperatura do ar, pressão atmosférica, umidade, vento e precipitação
Classificação das Nuvens:
Quanto ao Aspecto; 
Estratiformes – Nuvens de desenvolvimento horizontal. Cobrem grandes áreas, apresentam pouca espessura e dão origem à precipitação de caráter leve e contínuo
Cumuliformes – Nuvens de desenvolvimento vertical. Alcançam grande extensão, surgem de forma isolada, e originam precipitações fortes, em forma de pancadas localizadas
Cirriformes – Nuvens de desenvolvimento horizontal. São fibrosas, de aspecto frágil e ocupam a alta atmosfera. Além disso, são formadas por cristais de gelo microscópicos e não dão originam à precipitação, porém são fortes indicadoras da mudança de tempo
Constituição; 
Sólidas – Constituídas por cristais de gelo, podendo conter gelo até mesmo de tamanho elevado, ocorrendo normalmente em nuvens chamadas de tremulas ou negras. 
Líquidas – Constituídas basicamente por gotículas de água. 
Mistas – Constituídas tanto por gotículas de água quanto por cristais de gelo. 
Estágioou Altura
Nuvens Altas: base acima de 6 km de altura – sendo constituídas por nuvens do tipo sólidas. 
- Cirrus (Ci): aspecto delicado, sedoso ou fibroso, cor branca brilhante 
- Cirrocumulus (Cc): delgadas, compostas de elementos muito pequenos em forma de grânulos e rugas. Indicam base do fenômeno Corrente de Jato e turbulência
- Cirrostratus (Cs): véu transparente, fino e esbranquiçado, sem ocultar o Sol ou a lua. Apresentam o fenômeno de Halo 
Nuvens Médias: base entre 2 a 4 km de altura nos Pólos, entre 2 a 7 km em latitudes médias, e entre 2 a 8 km no Equador – contendo características de nuvens líquidas e mistas. 
- Altostratus (As): camadas cinzentas ou azuladas, muitas vezes associadas à altocumulus; compostas de gotículas superesfriadas e cristais de gelo. Não formam Halo, encobrem o Sol; precipitação leve e contínua 
- Altocumulus (Ac): banco, lençol ou camada de nuvens brancas ou cinzentas, tendo geralmente sombras próprias. Constituem o chamado "céu encarneirado 
Nuvens Baixas: base até 2 km de altura – com características líquidas 
- Stratus (St): muito baixas, em camadas uniformes e suaves, cor cinza; próxima à superfície é denominada de nevoeiro; apresenta topo uniforme (condição de ar estável) e produz chuvisco (garoa) (Figura 8.17). Quando se apresentam fracionadas são chamadas fractostratus 
- Stratocumulus (Sc): lençol contínuo ou descontínuo, de cor cinza ou esbranquiçada, tendo sempre partes escuras. Quando em voo, produz turbulência dentro da nuvem
- Nimbostratus (Ns): aspecto amorfo, base difusa e baixa, muito espessa, escura ou cinzenta. Produz precipitação intermitente e intensa
- Cumulus (Cu): contornos bem definidos, assemelham-se a couve-flor; máxima frequência sobre a terra durante o dia e sobre a água durante a noite (Figura 8.20). Podem ser orográficas ou térmicas (convectivas); apresentam precipitação em forma de pancadas; correntes convectivas. Quando se apresentam fracionadas são chamadas fractocumulus (Fc). As mais desenvolvidas são denominadas de Cumulus Congestus 
Nuvens de Desenvolvimento Vertical 
- Cumulonimbus (Cb): nuvem de trovoada; base entre 700 e 1.500 m, com topos chegando em média entre 9 e 12 km, sendo formadas por gotas d'água, cristais de gelo, gotas superesfriadas, flocos de neve e granizo. Elas são caracterizadas pelo formato de “bigorna”: o topo apresenta expansão horizontal devido aos ventos superiores, lembrando a forma de uma bigorna de ferreiro, e é formado por cristais de gelo
Nebulosidade - definida como a fração do céu que se apresenta encoberta de nuvens no momento da observação. Esta observação é visual e é expressa de acordo com escala que varia de 0 a 8 ou na escala de 0 a 10. Em que 0 é atribuído a céu sem nenhuma nuvem e de 8 ou 10 seria o céu totalmente encoberto
 transformá-los em elementos de precipitação: 
 
a. Absorção de uma gotícula durante choque entre elas em virtude de movimentos turbulentos no interior da nuvem 
b. Diferenças de temperatura entre os elementos de nuvens; 
c. Diferenças de tamanho entre os elementos de nuvens; 
d. Existência de cargas elétricas entre os elementos de nuvens 
classificando-se as precipitações da seguinte forma: 
I. Convectiva- processo de convecção livre, à ascensão de uma parcela de ar na atmosfera, formando-se nuvens de grande desenvolvimento vertical (chuvas de verão) O aquecimento desigual das camadas de ar resulta em uma estratificação em camadas de ar que se mantém em equilíbrio instável. De distribuição localizada, com grande variabilidade espacial; intensidade moderada a forte, dependendo do desenvolvimento vertical da nuvem. 
II. Orográfica- ocorre em regiões onde barreiras orográficas, obstáculos do relevo, face à sotavento=ausência de chuva, atingem áreas maiores, tendo maior duração e menor intensidade
III. Frontal - encontro de duas massas de ar com diferentes características de temperatura e umidade do ar
Fatores que Influenciam a Precipitação - precipitação é máxima na região equatorial e decresce com o aumento da latitude em direção aos Pólos
Latitude: influi na distribuição desigual das pressões e temperaturas 
Distância do mar ou de outras massas de água