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Meteorologia 002 Índice METEREOLOGIA 2 INTRODUÇÃO A disciplina pretende proporcionar ao aluno conhecimentos fundamentais sobre os fenômenos meteorológicos que interferem no ambiente de trabalho do comissário de voo, contribuindo para que o profissional desempenhe sua função com maior segurança e, assim, transmita segurança e tranqüilidade ao passageiro, especialmente quando lhe fornecer informações gerais. O assunto será abordado de forma objetiva, visando transmitir os conhecimentos de maneira simples, sem demonstrações complicadas, a fim de proporcionar noções que permitam compreender os fenômenos que se desenvolvem na atmosfera. CAPÍTULO I - CARACTERIZAÇÃO DA METEOROLOGIA Meteorologia é uma ciência, ramo da geofísica, que estuda os fenômenos e as atividades atmosféricas. Quanto à maneira como é estudada atualmente, divide-se em: 1. Meteorologia Pura: estuda a meteorologia de uma forma geral. É voltada para a área de pesquisa. (paleoclimatologia, sinótica, dinâmica, etc.) 2. Meteorologia Aplicada: é a aplicação da meteorologia em determinadas atividades humanas e econômicas. (marítima, agrometeorologia, aeronáutica, etc.) A meteorologia aeronáutica tem por finalidade proporcionar aos usuários segurança e economia. Em sua área de responsabilidade, os serviços se preocupam, principalmente, com os fenômenos que possam por em risco a segurança das aeronaves. Metereologia METEREOLOGIA 3 Por isso, é mantido um serviço de vigilância permanente e contínuo, que difunde boletins sempre que esteja previsto ou tenha sido observado algum fenômeno perigoso à aviação. Este serviço está estruturado e dividido nas seguintes fases: a) Observação: é a verificação visual e instrumental dos elementos que representam as condições meteorológicas, num dado momento e local. b) Divulgação: é a transmissão dos dados observados para que outros locais tomem conhecimento. c) Coleta: é a recepção dos dados de um determinado local. d) Análise: é o estudo e interpretação das informações observadas com fins de previsão do tempo. e) Exposição: dos dados, observados ou previstos, para consulta dos usuários. CAPÍTULO II - A TERRA NO SISTEMA SOLAR O Sol é a principal fonte de energia do nosso planeta. Emissor de luz e calor, é cerca de 1.300.000 vezes maior do que a Terra. METEREOLOGIA 4 A Terra está a aproximadamente a 150 milhões de quilômetros do Sol. Ela interage com a radiação solar através de dois movimentos principais: • Rotação: movimento realizado em torno de seu próprio eixo. Duração de 24h. Responsável pelos dias e noites. Durante o dia a Terra recebe radiação solar e se aquece; à noite resfria- se devido emissão de radiação terrestre. • Translação ou Revolução: movimento que a Terra realiza em torno do Sol. Duração de 365 dias e 6h (a cada 4 anos acumula 1 dia, daí a necessidade de se ter os anos bissextos). Ao descrever sua órbita, a Terra apresenta inclinação (eclíptica) de 23,5°. Este fato, aliado ao movimento de translação, é o responsável por estabelecer as estações do ano. Ao longo da trajetória vai variando o grau de radiação solar em cada hemisfério. Maior radiação, verão, menor radiação, inverno. Podemos observar na figura acima a delimitação de 4 pontos (2 solstícios e 2 equinócios): • Solstício de periélio: este é o ponto em que a Terra encontra- se mais perto do Sol. Este, por sua vez, incide na vertical do trópico de capricórnio. Verão Hemisfério Sul, inverno Hemisfério Norte; METEREOLOGIA 5 • Solstício de afélio: neste ponto, a Terra encontra-se mais afastada do Sol, o qual incide na vertical do trópico de câncer. Inverno no Hemisfério Sul, verão Hemisfério Norte; • Equinócios: são pontos eqüidistantes da Terra em relação ao Sol. Este incide na vertical da linha do Equador, delimitando o outono e a primavera em cada hemisfério alternadamente. Para que fosse possível determinar com exatidão a posição de qualquer ponto sobre a superfície da Terra, ela foi dividida em linhas imaginárias verticais e horizontais chamadas de Meridianos e Paralelos. Meridianos são semicírculos (arcos de 180°) que ligam um pólo ao outro. O mais importante deles é o de Greenwich (longitude 0°) que divide a Terra em Ocidente e Oriente. Os meridianos opostos são chamados de antimeridianos. Paralelos são círculos traçados paralelamente à linha do equador (círculo máximo). O mais importante deles é o Equador (latitude 0°) que divide a Terra em Hemisfério Norte e Hemisfério Sul. Os outros paralelos são denominados de círculos menores. METEREOLOGIA 6 Os paralelos determinam ao longo do planeta diferentes zonas climáticas: • Equatorial: imediatamente em torno do equador terrestre. • Tropical: zona compreendida entre os trópicos de capricórnio e de câncer. • Temperada: zona compreendida entre os trópicos e os círculos polares. • Polar: zona compreendida entre os círculos polares e os respectivos pólos. CAPÍTULO III - INTRODUÇÃO À ATMOSFERA TERRESTRE O ar atmosférico é uma mistura de vários gases que envolvem o planeta, cobrindo as terras e os mares. Assim como os oceanos, a atmosfera encontra-se “presa” a Terra pela ação gravitacional, acompanhando-a em seus movimentos. A ação gravitacional também faz com que o ar fique mais denso nas camadas inferiores, ficando cada vez mais rarefeito à medida que se afasta da superfície. Altitude x Densidade: são inversamente proporcionais. Quanto maior a altitude, menor será a densidade. A atmosfera é fina em relação às dimensões do planeta, porém é de extrema importância para a ocorrência da vida, dada a presença de METEREOLOGIA 7 O2 (respiração), CO2 (fotossíntese) e a propriedade de filtragem das radiações perigosas emitidas pelo sol. O ar, material que compõe a atmosfera, é uma mistura mecânica de diversos gases, sendo que os componentes majoritários são: • Nitrogênio: 78% • Oxigênio: 21% • Outros: 1% • H2O: 0% a 4% O vapor de água embora seja encontrado na atmosfera, não entra em sua composição; estando nela somente porque o calor do sol, atuando nas grandes massas de água de nosso planeta, faz com que a mesma vá para a atmosfera em forma de vapor. Uma atmosfera seca apresenta 0% de vapor d’água. Já para uma atmosfera saturada teremos 4%, diminuindo proporcionalmente a quantidade dos outros elementos. A atmosfera da Terra possui uma estrutura vertical extremamente variável. Para fins de estudo ela é dividida em várias camadas, em cujas regiões encontramos peculiaridades relevantes. METEREOLOGIA 8 Assim temos a seguinte divisão em camadas da atmosfera: • Troposfera: sua espessura varia de acordo com a hora e a latitude e tem em média, cerca de 16 km (17 a 19Km) sobre o equador e 8,5 Km (7 a 9 km) sobre os pólos. A troposfera é a camada mais instável da atmosfera; é a região de maior atividade nebulosa. Nela acontecem os fenômenos meteorológicos mais importantes, como as frentes, tempestades, os ventos, etc. Na troposfera, a temperatura do ar tem um decréscimo de 0,65 Celsius para cada 100 metros (2º Celsius para cada 1.000’ Ft). • Tropopausa: sua espessura é de 3 a 5 km. É a camada imediatamente acima da troposfera. Sua principal característica é a ISOTERMIA (temperatura constante). • Estratosfera: é a camada logo acima da tropopausa. Nela inicia-se a difusão da luz solar, que acarreta a coloração da atmosfera. Nesta camada ocorre ainda uma concentração acentuada de ozônio O3 entre 25 e 50 km, que formam uma camada conhecida como ozonosfera. Sua origem deve- se a certa faixa da radiação ultravioletaque é absorvida pelo oxigênio molecular, decompondo seus átomos. A recombinação desses átomos origina moléculas triatômicas de ozônio. Nesta camada a temperatura aumenta com a altitude. • Mesosfera: próxima camada, nela a temperatura volta a diminuir com a altitude chegando ao valor mais baixo de toda a atmosfera. Aproximadamente -90°C. • Ionosfera: sua característica marcante é refletir as ondas hertzianas de rádio. Aí começa a filtragem seletiva da radiação solar, pois a ionosfera absorve a radiação gama e os raios X. É também nesta camada que ocorrem os fenômenos das Auroras Polares. A temperatura volta a aumentar nesta camada. • Exosfera: é a camada mais externa da atmosfera. Ela é extremamente rarefeita. A temperatura continua aumentando. METEREOLOGIA 9 A atmosfera funciona como um filtro, impedindo que as radiações mais perigosas cheguem até a superfície de nosso planeta. O processo de filtragem ocorre por: a) Absorção: as radiações mais perigosas são absorvidas pela atmosfera. b) Reflexão: também chamado de ALBEDO. Parte da radiação solar que chega é enviada de volta para o espaço. c) Difusão: é o espalhamento da radiação. Este é o fenômeno responsável pela coloração azul do céu. A radiação solar que atinge a superfície da Terra, após sofrer filtragem, recebe a denominação de INSOLAÇÃO. Outro fenômeno gerado pela atmosfera é o chamado Efeito Estufa, também chamado de efeito “cobertor”. É um fenômeno natural em que a atmosfera evita que grande parte do aquecimento ocorrido durante o dia se perca para o espaço à noite. Em seu estado normal ele é benéfico, pois sem ele a temperatura média da Terra seria de -18°C. CAPÍTULO IV - CALOR Temperatura é a medida do grau de agitação molecular de determinado corpo. Sabe-se que os corpos, ao serem aquecidos, aumentam a agitação molecular interna, ocasionando um afastamento entre suas moléculas. Conseqüentemente, os corpos se dilatam aumentando de volume e METEREOLOGIA 10 diminuindo a sua densidade, mas quando resfriados, contraem-se, diminuindo de volume e aumentando a densidade. Temperatura x Densidade: são inversamente proporcionais. Quanto maior é a temperatura, menor será a densidade. Calor (ou energia térmica) é uma forma de energia que indica o estado de agitação das moléculas de um corpo. O calor pode ser transmitido de um corpo a outro das seguintes formas: • Radiação: processo de transferência de calor à distância, sem contato entre corpos, em meios rarefeitos e através de ondas muito curtas. É o único dos processos que não necessita de um meio físico para se propagar. METEREOLOGIA 11 • Condução: passagem direta de calor de molécula a molécula. Seus movimentos são transferidos de uma para outra, gradativamente. • Convecção: processo de transferência de calor por agitação das moléculas. Uma vez aquecidas, as moléculas modificam sua posição relativa e produzem correntes. A convecção ocorre nos meios fluídos (líquidos/gases). Podem ser correntes ascendentes ou descendentes, correntes convectivas. • Advecção: transporte de calor na horizontal executado pelos ventos. METEREOLOGIA 12 A distribuição de calor obedece a gradientes verticais e horizontais. A relação entre temperatura e altitude é variável, conforme verificado nas camadas atmosféricas. Na troposfera geralmente diminui com a altitude, mas pode ocorrer o fenômeno conhecido como INVERSÃO TÉRMICA, que é quando a temperatura aumenta com a altitude, ocorrendo normalmente no inverno. Temperatura x Altitude: é uma relação variável. A temperatura normalmente diminui com a altitude, mas pode também aumentar em caso de inversão térmica. O instrumento que mede a temperatura do ar é o Termômetro e seu equivalente registrador é conhecido como termógrafo. CAPÍTULO V - ÁGUA Mais de 2/3 da superfície da Terra são cobertos por oceanos, mares, rios, lagos, etc. Essa água está em contínuo processo de evaporação para a atmosfera. Ao subir ocorre a condensação e precipitação, percorrendo um caminho cíclico denominado de ciclo hidrológico. METEREOLOGIA 13 A água existe na atmosfera nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. No estado sólido pode tomar a forma de: • Neve: precipitação em forma de flocos (cristais hexagonais) ocorrendo quando a temperatura está próximo de 0°C. • Granizo: precipitação em forma de grãos de gelo com diâmetro igual ou maior que 5mm. A formação do granizo é característica do Comulonimbus, habitualmente durante fortes trovoadas. • Nuvem e nevoeiro congelante: formados por micro cristais de gelo em suspensão na atmosfera. • Geada: cristais de gelo fino depositados por sublimação do vapor d’ água em superfícies que apresentam temperatura menor ou igual a 0°C. No estado líquido pode ser: • Chuvisco: precipitação de gotículas de água com diâmetro menor que 0,5mm. Tem origem em nuvens Stratus. • Chuva: precipitação de gotas de água com diâmetro maior ou igual 0,5mm. • Nuvem e nevoeiro: formado por micro gotículas de água em suspensão na atmosfera. METEREOLOGIA 14 • Orvalho: gotas de água depositadas por condensação do vapor d’ água em superfícies com temperatura maior que 0°C. No estado gasoso é conhecida como vapor d’ água. A variação da quantidade de água presente na atmosfera gera diferentes tipos de ar: • Ar Seco: parcela de ar com quantidade desprezível de vapor d’ água. • Ar Úmido: parcela de ar com quantidade significante de vapor d’ água. • Ar Saturado: quando a quantidade de vapor d’ água é máxima. UR é 100%. A Umidade Relativa (UR) é a relação entre a quantidade de vapor d’ água presente num dado volume de ar e a quantidade de vapor d’ água que este volume de ar pode conter. É expressa em porcentagem de 0% a 100%. A seguir vemos a relação entre a quantidade de vapor d’ água na atmosfera e a respectiva umidade relativa. Vapor d’água 0% 1% 2% 3% 4% UR 0% 25% 50% 75% 100% Outro parâmetro muito importante na medição da quantidade de água presente na atmosfera é a Temperatura do Ponto de Orvalho que é a temperatura que o ar deve atingir para tornar-se saturado. A umidade, a quantidade de água na atmosfera, altera sua densidade. Da química temos o seguinte: METEREOLOGIA 15 Peso Molecular do Nitrogênio: 28 Peso Molecular do Oxigênio: 32 Peso Molecular da água: 18 Como no Ar Úmido ocorre substituição de moléculas mais pesadas por outras mais leves, temos que o Ar Seco é mais pesado que o Ar Úmido. Densidade x Umidade: são inversamente proporcionais. Quanto maior a umidade, menor será a densidade. HIGRÔMETRO: instrumento que mede quantidade de vapor d’ água na atmosfera. CAPÍTULO VI - PRESSÃO ATMOSFÉRICA "É o peso da coluna de ar sobre a superfície terrestre". Ela é exercida em todos os sentidos. Para medir a pressão existe o BARÔMETRO, inventado por Torricelli em 1643, que foi o barômetro de mercúrio. Vieram depois os outros, entre os quais os barômetros metálicos ou aneróides. METEREOLOGIA 16 A pressão atmosférica varia de acordo com os seguintes parâmetros: Pressão x Altitude: são inversamente proporcionais. Quanto maior é a altitude, menor será a pressão, visto que diminui a quantidade de ar atmosférico. A pressão diminui 1hPa a cada 30 pés. Pressão x Temperatura: são inversamente proporcionais. Quanto maior é a temperatura menor será a pressão. Ar quente é mais leve que o ar frio. Pressão x Densidade: são diretamente proporcionais. Quanto maior é a densidade maior será a pressão. Quando o ar é aquecido e sofre expansão, sua densidade também diminui. Um metro cúbicode ar quente é menos denso que um metro cúbico de ar frio. Nos centros meteorológicos são traçados linhas que unem pressões iguais ao nível médio do mar denominadas ISÓBARAS. Com essas linhas é possível determinar: • Sistemas fechados: a) Alta Pressão (anticiclone) b) Baixa Pressão (ciclone). • Sistemas abertos: a) Cristas ou Cunhas: sistemas abertos de alta pressão b) Cavados: sistemas abertos de baixa pressão. Um local de Baixa Pressão é um local de mau tempo, área de instabilidade, com muita nebulosidade normalmente associada com precipitações. Um local de Alta Pressão é um local de bom tempo, com pouca ou nenhuma nebulosidade. A Altitude-Densidade é uma escala usada na aviação e determina o quanto o ar está ou não mais denso. Assim, quanto maior for a METEREOLOGIA 17 temperatura, umidade, altitude e menor a pressão ao nível do mar, maior é a altitude de densidade (para o mesmo local). Ou seja, para o mesmo local a altitude de densidade varia a todas as horas e faz com que a performance da aeronave mude. Por exemplo: um aeroporto situado ao nível do mar pode estar com uma grande altitude densidade em um dia muito quente e com pressão baixa. Neste dia será necessário que um avião - ao decolar - percorra mais pista. Além disso, os parâmetros atmosféricos sofrem diversas alterações devido às influências meteorológicas. Desempenho, ou seja, a velocidade máxima, o comprimento da pista para decolagem, etc., depende muito dos parâmetros atmosféricos. Como eles variam de acordo com o local, a hora, etc., foi criada a atmosfera padrão (ISA), com as seguintes finalidades: • Possibilitar o cálculo do desempenho da aeronave em diversas condições, a partir da condição padrão; • Possibilitar a comparação dos desempenhos de aeronaves diferentes; • Padronizar os critérios de avaliação dos desempenhos de aeronaves. NOTA: como a pressão atmosférica diminui quando a altitude aumenta, este fator é aproveitado para a construção dos altímetros, que medem a altitude de voo das aeronaves. O altímetro é apenas um manômetro (medidor de pressão), adaptado para indicar altitude em lugar de pressão (ALTITUDE DE PRESSÃO). CAPÍTULO VII - ATMOSFERA – PADRÃO DA OACI A solução para muitos problemas em meteorologia, especialmente em aeronáutica, foi o estabelecimento de uma atmosfera que pudesse ser tomada como referência para os estudos realizados nesse campo. METEREOLOGIA 18 Para esse fim, foi concebida uma atmosfera padrão, onde seus elementos variáveis obedecessem a um critério padronizado e constante, que pudesse ser utilizado para a comparação com elementos reais. Assim, a temperatura, a pressão, a densidade, a composição, etc., tiveram valores estabelecidos e constantes. A OACI (Organização de Aviação Civil Internacional, do inglês ICAO), órgão especializado da ONU (Organização das Nações Unidas) responsável por assuntos relacionados à segurança da aviação, aprovou a atmosfera-padrão que ficou conhecida como ISA (ICAO Standart Atmosphere). A seguir, são apresentados conceitos da ISA. Valores: • Altitude: 20000 metros (troposfera e tropopausa) • Temperatura ao nível do mar : 15ºC ou 59°F; • Gradiente Térmico: 2ºC/1.000 (ft) pés ou 0,65°C/100m • Gradiente Bárico: 1hPa/30ft ou 9m; 1polHg/1000ft ou 300m • Pressão ao nível do mar: 1013,25 hPa ou 29,92polHg ou 760mmHg . Outros valores da Atmosfera-Padrão: METEREOLOGIA 19 • Densidade ao nível do mar – 0, 001.225,0 g/cm3 • Peso molecular do ar seco – 28, 966 g • Peso específico ao nível do mar – 1, 201.3 gr/m2s2 • Aceleração da gravidade – 980,31 cm/s2 • Temperatura da tropopausa – 56,5º Celsius • Latitude: 45º • Velocidade do som ao nível do mar – 660 nós (Kt) ou 340 m/s Outro conceito muito importante são as distâncias verticais: • Altitude: distância vertical que separa um ponto do espaço do nível do mar. • Altura: distância vertical que separa um ponto do espaço do nível do solo. CAPÍTULO VIII - VENTOS A circulação atmosférica é definida como o movimento do ar na atmosfera. O movimento pode ser divido em horizontal e vertical. Os movimentos verticais do ar atmosférico recebem a denominação de correntes e os movimentos horizontais ou advectivos, ventos. Imaginemos dois volumes de ar adjacentes com a mesma pressão. A isto significa que a densidade é a mesma, e por conseqüência, estarão em equilíbrio um em relação ao outro. O ar nos dois volumes estará em repouso, apresentando apenas a agitação natural de suas moléculas. METEREOLOGIA 20 A diferença em densidade fará com que o excesso de moléculas do volume mais denso ou de maior pressão flutua na direção do volume menos denso, no sentido horizontal, tentando manter o equilíbrio entre as massas. Os ventos são caracterizados de acordo com as forças que atuam sobre eles, as quais podem ser: • Força do Gradiente de Pressão: é a força que surge devido à diferença de pressão entre dois pontos considerados. Ela será tanto maior quanto mais próximos forem esses pontos. • Força Centrífuga: força que age em movimentos curvos ou rotacionais tendendo a “jogar” os objetos para fora da trajetória. • Força de Coriolis: força aparente, resultante da força centrífuga, que age sobre os corpos em movimento, desviando suas trajetórias. No Hemisfério Sul desvia para a esquerda. No Hemisfério Norte desvia para a direita. • Força de Atrito: força contrária ao movimento que surge da METEREOLOGIA 21 rugosidade da superfície. Modifica a direção do vento e reduz sua velocidade. O atrito com a superfície é efetivo até 600m, denominado de nível gradiente. A camada atmosférica entre a superfície e o nível gradiente é chamada de camada de fricção. Esta camada, por sua vez, divide-se em duas: camada limite (da superfície até 100m) e a camada de transição (de 100 a 600m). Os ventos que sopram dentro da camada limite são chamados de ventos de superfície e os que fluem na camada de transição são chamados ventos superiores ou de altitude. Os ventos só podem ser descritos quando devidamente determinados os seguintes elementos: METEREOLOGIA 22 • Direção: dada sempre de onde o vento flui. Medida através da rosa dos ventos em giro horário, 090° é Leste; 180° é o Sul; 270° é Oeste; 360° é o Norte. Estes são os pontos Cardeais. Os pontos colaterais são NE, SE, SO, NO. Obs: O vento em meteorologia é sempre considerado relativo ao norte verdadeiro (NV); ao passo que o vento para pouso e decolagem (tráfego aéreo) é considerado em relação ao Norte magnético (NM). • Velocidade: é a intensidade com que o vento se manifesta. A unidade utilizada na aviação é o Nó (Kt), que equivale a 1,852Km/h. • Caráter: é a sua regularidade de fluxo. Ele pode variar ou não em direção e/ou velocidade. Variando em direção ele é dito VARIAVEL. Quando varia em velocidade e essa variação é de pelo menos 10 Kt, num máximo de 20 segundos ele é dito ser Vento de Rajada. Os ventos são dados por meios de ANEMÔMETROS com indicadores de velocidade e direção simultaneamente. Ficam instalados em estações meteorológicas e em torres de controle de um aeroporto. Existe outro instrumento chamado de BIRUTA. Ele, diferente do anemômetro, apenas estima qual é a direção e velocidade, não fornecendo valor algum. METEREOLOGIA 23 Uma circulação importante em níveis elevados conhecida com (JET STREAM), corrente de jato, possui características próprias com ventos fortes e velocidades altíssimas geralmente acima de 100 Kt. EFEITO SOBRE AERONAVES: 1. Pouso e decolagem. Contra vento. (proa) 2. Conhecimento do vento em rota paracorreção de deriva e cálculo de combustível. CAPÍTULO IX - NUVENS A água da superfície ao evaporar para a atmosfera tende a saturar o ar ambiente. A continuidade de evaporação acarreta uma tendência a super saturação que é controlada pela presença de partículas sólidas e microscópicas (sais poluição) em suspensão no ar.O vapor d’água condensa ou sublima em torno destas partículas, formando gotículas ou cristais, que serão os componentes das nuvens e dos nevoeiros. Para que ocorra a condensação e/ou sublimação do vapor d’água na atmosfera é preciso que haja antes a saturação do ar. O ar pode atingir a saturação através de dois meios: acréscimo de vapor d’água e resfriamento. O acréscimo de vapor d’água resulta da evaporação da água de rios, lagos, oceanos, etc..., permitindo o aumento da temperatura do ponto de orvalho.O resfriamento resulta da diminuição da temperatura que pode ocorrer pelos seguintes processos: METEREOLOGIA 24 • Advecção: o resfriamento é provocado pelo movimento dos ventos frios resfriando regiões quentes, sendo resfriados quando em contato com superfícies frias Radiação: a superfície aquecida pelo sol durante o dia perde rapidamente calor para o espaço por meio da radiação terrestre, que começa a se fazer sentir no momento que cessa a radiação solar. O ar em contato começa na superfície resfriada por radiação, também se resfria, satura e condensa, formando assim o nevoeiro. Quando o vento flui intenso, o nevoeiro se eleva formando uma camada baixa de stratus. • Convecção: o ar em contato com superfície aquecida se aquece e se eleva sob forma de correntes espiraladas. O ar nestas colunas se resfria por expansão à medida que se eleva, atinge um nível onde se torna saturado, que se caracteriza pelo seu rápido desenvolvimento. METEREOLOGIA 25 • Efeito Orográfico: o ar que flui contra a encosta de uma montanha ou serra é elevado mecanicamente ao longo da encosta. Resfria por expansão à medida que se eleva, satura e forma nuvens orográficas. Estas nuvens sempre se formam do lado do vento (barlavento), o lado oposto é sempre livre de nuvens (sotavento). • Efeito Dinâmico: o resfriamento é semelhante ao anterior, com exceção do ar quente que, nesta situação, é levantado pelo avanço de ar mais frio, que em conseqüência esfria. Este processo que ocorre nos sistemas frontais. METEREOLOGIA 26 Apesar das freqüentes transformações da aparência das nuvens é possível a definição das formas características que permitem classificá- las em diferentes grupos. Pelo Atlas Internacional das Nuvens, temos as seguintes classificações: 1. Aspecto físico; Estratiformes: são aquelas que apresentam um desenvolvimento horizontal acentuado, mas com pouca profundidade vertical. São produzidas em ar estável e sem turbulência. Cumuliformes: são as que têm pronunciado desenvolvimento vertical. São fruto de ar instável, com movimento convectivo acentuado e turbulento. 2. Estrutura física; Líquidas: são nuvens constituídas por gotículas de água, formadas através da condensação em baixas alturas, onde as temperaturas tendem a ser positivas. Constituem as nuvens baixas, exceto TCU e CB. Sólidas: são nuvens compostas por cristais de gelo, formadas através da sublimação, em alturas elevadas, onde as temperaturas são negativas. Constituem as nuvens altas. Mistas: são nuvens constituídas tanto por gotículas de água como de cristais de gelo. Constituem as nuvens TCU, CB e as nuvens médias. 3. Estágio de formação; Os estágios de formação são definidos em função das alturas médias das bases em que se formam as nuvens. Baixa: de 30m a 2Km em qualquer latitude. St, Sc, Cu e CB. Média: de 2Km a 8Km nas latitudes tropicais. De 2km a 7km nas latitudes temperadas e de 2km a 4km nas latitudes polares. METEREOLOGIA 27 Ns, As e Ac Alta: acima das nuvens médias. Ci, Cc, Cs. Todas as nuvens altas não possuem sombra própria e nem precipitam. 4. Gêneros; As nuvens são distribuídas em 10 gêneros exclusivos: a) Cirrus (Ci): nuvens destacadas de aparência fibrosa. Indicam fortes ventos na alta atmosfera (correntes de jato). b) Cirrucumulus (Cc): nuvem fina e branca composta por pequenos grânulos unidos ou separados. Indicam existência de turbulência em altos níveis. c) Cirrostratus (Cs): camada transparente e esbranquiçada que cobre parcialmente ou total o céu. São identificadas pelo fenômeno do Halo (anel luminoso ao redor do sol ou lua). d) Altocumulus (Ac): banco ou camada de nuvens brancas ou cinzentas. Identificam turbulência nos níveis médios, além de poder gerar Virga (precipitação que não chega ao solo). e) Altostratus (As): lençol de nuvem de aparência uniforme que pode cobrir totalmente o céu. Pode gerar precipitação de forma contínua. f) Nimbustratus (Ns): camada de nuvem cinza-escura de aspecto METEREOLOGIA 28 sombrio, suficientemente espessa, podendo ocasionar precipitações intensas. g) Stratus (St): nuvem baixa geralmente associada a dissipação de nevoeiro. Pode ocasionar precipitação na forma de chuvisco. h) Stratocumulus (Sc): nuvens esbranquiçadas que podem estar soldadas entre si ou apresentar aberturas nas áreas mais finas. Caracteriza o fenômeno do Equilíbrio Condicional (turbulência apenas dentro da nuvem). i) Cumulus (Cu) e TCU: nuvens destacadas quase sempre densas e com contornos bem definidos (base reta) que se desenvolvem na vertical. A precipitação associada é na forma de pancadas. j) Cumulonimbus (CB): é a nuvem de trovoada, sendo densa e pesada com considerável dimensão vertical. Gera relâmpagos e trovões podendo ser agravado por fortes pancadas de chuva e granizo. Obs: TCU (tower cumulus ou cumulus congestus) é uma espécie de grande cumulus. As nuvens Cu, TCU e CB também são ditas nuvens de desenvolvimento vertical, dado a sua grande espessura. As nuvens são uma expressão direta do processo físico que tem lugar na atmosfera. Uma descrição acurada dos tipos e quantidades de nuvens tem uma importante parte da análise do tempo, e a sua previsão. Se o piloto interpretar apuradamente o significado das nuvens ele será capaz de evitar aquelas que são perigosas ao voo. CAPÍTULO X – NEVOEIROS E RESTRIÇÃO A VISIBILIDADE O nevoeiro é como uma nuvem colada à superfície. Está sempre associada a problemas da visibilidade. Os nevoeiros também são conhecidos regionalmente como neblina, ruço, sereno, cerração, etc., são efeitos da condensação de grande quantidade de vapor METEREOLOGIA 29 d’água próximo a superfície, e que, pelas inúmeras micro gotículas de água em suspensão, reduzem a visibilidade, chegando algumas vezes à zero. A principal característica do nevoeiro é restringir a visibilidade a menos de 1000 metros. A UR é 100%. O ar está saturado. A visibilidade é um parâmetro primordial para as operações aéreas. Dependendo do grau de restrição poderemos ter procedimentos visuais (VFR), instrumentos (IFR) ou até mesmo aeroportos fechados, gerando atrasados e transtornos. Outros fenômenos igualmente podem afetar a visibilidade, são eles: • Névoa úmida: Fenômeno parecido ao nevoeiro, com a diferença de que suas partículas constituintes são, em geral, menores e mais dispersas. Por esta razão, a visibilidade é sempre igual ou maior que 1000 metros e a UR é sempre igual ou superior a 80%. Difunde a cor azul-cinza. • Névoa seca: Grande concentração de partículas sólidas em suspensão na atmosfera, restringindo a visibilidade a menos de 5000 m e com a UR sempre menor que 80%. Difunde a cor vermelha. • Fumaça: Presença no ar de forma concentrada de minúsculasMETEREOLOGIA 30 partículas resultantes da combustão que restringem a visibilidade a menos de 5000m com UR<80%. Difunde a cor azul. • Poeira: presença no ar de partículas sólidas como a argila e a terra em partículas muito finas. Restringe a visibilidade a menos de 5000, com UR<80%. Difunde a cor amarela. • Cinzas Vulcânicas: Partículas emitidas da erupção de vulcões que podem restringir a visibilidade a menos de 5000m, além de afetar o espaço aéreo. CAPÍTULO XI – TURBULÊNCIA A agitação vertical do ar atuando sobre uma aeronave em voo acarreta sobre esta aeronave solicitações ascendentes e descendentes. O contraste entre essas solicitações constitui o efeito da turbulência. A turbulência torna o voo desagradável e exige esforços estruturais de uma aeronave. De acordo com a origem, as turbulências são classificadas como: • Turbulência mecânica ou de solo: Resulta do atrito de ventos fortes com a superfície. Ventos intensos e obstáculo tornam este tipo de turbulência muito irregular e a obrigam a se expandir na vertical. Ela é comum á tarde, no verão, com vento moderado, sobre as grandes cidades, terrenos irregulares, em METEREOLOGIA 31 pedreiras e sobre florestas expressas. • Turbulência orográfica: é provocada pelo efeito de montanhas. Ventos que fluem contra as encostas de montanhas (barlavento) sobem mecanicamente ao longo das encostas e descem do outro lado (sotavento) formando uma onda no ar que se expande para sotavento que é chamada, onda estacionária (onda de montanha ou onda orográfica). Quando maior for o relevo e quanto maior for o vento, maior será a turbulência. Esse tipo de turbulência pode ser identificado pela presença de nuvens Lenticulares e Rotoras. • Turbulência convectiva ou térmica: forma-se pelo processo convectivo, já visto anteriormente, provoca a formação de correntes ascendentes de ar aquecido, que quando encontram pressões menores expandem-se contra elas e resfriam. Esse resfriamento é contínuo e pode atingir um nível onde iguala a seu ponto de orvalho, formando uma nuvem convectiva. As METEREOLOGIA 32 correntes excedentes sobem espiraladas e são compensadas por descida de ar em suas proximidades. É mais intensa no verão, à tarde sobre os continentes e no inverno, à noite sobre os oceanos. • Turbulência dinâmica : a) Turbulência de céu claro (CAT): é uma turbulência sem nenhuma advertência visual. São mais freqüentes e intensas no inverno. Ocorrem associadas a uma corrente de jato, comum nos níveis 300hPa e 200hPa. b) Esteira de turbulência: provocada pelo fluxo de ar sobre as asas das aeronaves. Necessidade de separação das aeronaves em voo e em pousos e decolagens. c) Windshear: ocorre quando existe variação na velocidade do vento ou direção em uma curta distância nos baixos níveis (até 2000 pés). Surge associada às trovoadas, podendo ocorrer também devido frentes, brisas marítimas e inversões de temperaturas. METEREOLOGIA 33 A identificação da intensidade da turbulência é muito difícil para a tripulação, principalmente considerando os diferentes tipos de aeronaves. O critério utilizado é aquele que relaciona a aceleração vertical do avião com a gravidade terrestre. • Turbulência leve: a aeronave sofre acelerações verticais inferiores a 0,2 “g”. A tripulação sente a necessidade de utilizar o cinto de segurança, todavia os objetos soltos ainda continuam em repouso. • Turbulência moderada: a aeronave sofre acelerações verticais de 0,2 a 0,5 “g”. Os tripulantes podem ser lançados para fora de seus assentos, sendo imprescindível o uso de cinto de segurança. • Turbulência forte: a aeronave sofre acelerações verticais entre 0,5 a 0,8 “g”, podendo ficar fora de controle. METEREOLOGIA 34 • Turbulência severa: a aeronave sofre acelerações verticais maiores que 0,8 “g”. Nessas circunstâncias é impossível controlar a aeronave, que pode sofrer danos estruturais irreparáveis. As reações de uma aeronave a turbulência dependem do tamanho e peso dela, da superfície das asas e da altitude de voo. O conhecimento antecipado das regiões sujeitas ao fenômeno ajudará a evitar ou minimizar o desconforto e o perigo. CAPÍTULO XII - MASSAS DE AR E SISTEMAS FRONTAIS Massas de ar são grandes volumes de ar, cobrindo extensões da superfície da terra, que apresentam características físicas mais ou menos uniformes no sentido horizontal. Um grande volume repousando sobre uma região muito extensa durante muito tempo acaba adquirindo as características físicas da própria superfície, torna-se uma massa de ar. Defini-se frente como a superfície limite entre duas massas de ar de características distintas. Isto é, massas de ar que apresentam quantidades de umidade, pressão e temperatura diferentes. As frentes sempre ocorrem entre dois sistemas de alta pressão sendo elas situadas em pressões mais baixas. O sentido de deslocamento das frentes pode ser visto na figura abaixo. METEREOLOGIA 35 • Frente fria: a frente é denominada fria quando uma massa de ar frio desloca uma massa de ar quente, ocupando o seu lugar. Como a massa de ar frio é mais densa que a massa de ar quente, esta é obrigada a subir, formando nebulosidade do tipo cumuliforme. Possui as seguintes características: a. Nuvens: primeiro surgem as nuvens altas (Ci, Cc), depois médias (Ac) e por último as baixas (Cu, TCU e CB). b. Pressão: diminui com a aproximação e depois aumenta. c. Temperatura: aumenta com a aproximação e depois diminui. d. Deslocamento: H.S de SW/NE. H.N de NW/SE METEREOLOGIA 36 • Frente quente: a frente é denominada quente quando a massa de ar quente desloca a massa de ar frio, ocupando o seu lugar. Assim como na frente fria, o ar quente por ser menos denso é quem sobe só que formando nuvens estratiformes. Possui as seguintes características: a. Nuvens: primeiro surgem as nuvens altas (Ci, Cs), depois médias (As, Ns) e por último as baixas (St). b. Pressão: diminui com a aproximação e depois aumenta. c. Temperatura: aumenta aos poucos com a passagem. d. Deslocamento: H.S de NW/SE. H.N de SW/NE • Frente estacionária: ocorre quando uma frente perde velocidade ou seu deslocamento é desprezível. Em geral o tempo associado a ela persiste numa região por vários dias. As condições meteorológicas decorrentes assim como a nebulosidade predominante, serão as mesmas da frente que lhe deu origem. • Frente Oclusa: esse tipo de frente ocorre quando uma frente fria (que é mais rápida) encontra uma frente quente. Esse fenômeno dá origem aos ciclones extra-tropicais. Existem dois tipos de oclusão: METEREOLOGIA 37 b) Oclusão fria: após ocorrer o encontro das duas frentes, a frente fria permanece em contato com a superfície. a) Oclusão quente: após ocorrer o encontro das duas frentes, a frente quente permanece em contato com a superfície. Por tudo que foi visto, podemos concluir as conseqüências para o voo. Teremos além da visibilidade reduzida nas áreas dos aeroportos, um voo com bastante turbulência, devido às formações e os ventos. CAPÍTULO XIII – TROVOADAS Trovoada é o termo que identifica tempestades locais produzidas por nuvens cumulonimbus. Os fenômenos associadas a ela constituem um dos maiores perigos para a aviação. Durante uma trovoada podem ocorrer fortes ventos, granizo, relâmpagos, turbulência, tornados, METEREOLOGIA 38 formação de gelo e fortes precipitações. A única regra de voo que é válida para todos os níveis e todas as categorias de aeronaves é aquela que aconselha evitar, se possível, o voo dentro de um Cb. Trata-se de uma nuvem muitocomum no céu, pois segundo estimativas ocorrem de 44.000 delas por dia em todo o globo terrestre. São facilmente reconhecíveis pelo aspecto pesado e ameaçador, com tonalidades que variam desde o branco brilhante até o cinza quase negro. Os seus topos são espalhados e formados por massas de Cirrus. À noite são iluminadas pelos relâmpagos freqüentes. Para o surgimento de uma trovoada são necessárias condições específicas de alta umidade e forte instabilidade atmosférica. Sendo satisfeitas, a trovoada que porventura surgir terá um ciclo de vida que passa por três estágios consecutivos, cuja duração e intensidade dependerão dos fatores que deram origem ao fenômeno. As fases são as seguintes: • Cumulus ou desenvolvimento: é a primeira fase do ciclo de uma trovoada, embora nem toda nuvem cumulus cresça o suficiente para gerar a tempestade. Podem ocorrer alguma precipitação do tipo pancada e apresentam formas rígidas e nítidas com topos em crescimento e dentro delas há uma predominância de correntes ascendentes. METEREOLOGIA 39 • Maturidade, madureza ou chuva: fase onde as trovoadas apresentam o seu desenvolvimento máximo. Os topos se tornam achatados porque elas param de crescer. As massas de Cirrus começam a se espalhar na direção dos ventos predominantes, dando para quem as vê abaixo, um aspecto que lembra uma bigorna de ferreiro (Cb de bigorna). As bases dianteiras se tornam mais baixa e os relâmpagos começam a correr em toda a extensão das nuvens. No interior das nuvens a turbulência é intensa e irregular, com equilíbrio entre correntes ascendentes e descendentes. A precipitação é severa. • Dissipação: nesta fase o aspecto físico é parecido com o da fase de Maturidade, com exceção das expansões laterais exageradas, que começam a se espalhar para os lados em camadas. A nuvem se torna uma grande área de correntes descendentes. METEREOLOGIA 40 Como já foi antecipado, uma trovoada pode dar origem a fenômenos extremamente perigosos para a navegação aérea, influenciado pousos, decolagens e voos em rota. Ao decidir cruzar uma região afetada por uma tormenta, o piloto deve estar consciente de que aquela ação é imperiosa ou que não lhe resta alternativa. Os fenômenos mais comuns são: • Ventos de rajada: a dispersão horizontal das correntes descendentes sob a trovoada ocasiona uma rápida mudança na direção e na velocidade do vento. Podendo chegar a 100kt são perigosos tanto em voo quanto em solo, inclusive no que diz respeito às instalações do aeroporto. • Turbulência: provocada pela combinação de intensas correntes ascendentes e descendentes, podem produzir consideráveis alterações na altitude das aeronaves. • Chuva intensa: uma trovoada contém quantidade considerável de água no estado líquido. Quando ocorre a precipitação ela é geralmente forte podendo gerar alagamentos, teto baixo e restrição de visibilidade. • Granizo: que é formado por pedras de gelo atiradas em todas as direções. Ocorre em pontos localizados de uma trovoada. Pode ser identificado durante o dia pela coloração verde que comunica á área da nuvem onde está ocorrendo. • Relâmpagos: que são as grandes descargas elétricas que ocorrem em todos os pontos de uma trovoada. Os relâmpagos verticais normalmente predominam na parte dianteira de uma trovoada, ao passo que as horizontais predominam na parte traseira. • Formação de gelo: é o congelamento de água sobre a aeronave, afetando sua aerodinâmica e sustentação. Será visto em detalhes no próximo capítulo. METEREOLOGIA 41 CAPÍTULO XIV – GELO A formação de gelo em aeronaves é um dos principais problemas para a aviação. Ela afeta a aeronave tanto interna quanto externamente. Internamente, o gelo se forma no tubo de Pitot, nos carburadores e nas tomadas de ar, reduzindo a circulação do ar para os instrumentos e motores. Externamente, a acumulação de gelo ocorre nas superfícies expostas da aeronave, aumentando o seu peso e a sua resistência ao avanço. Quando ocorre nas partes móveis, como rotor e hélices, afeta o controle da aeronave, produzindo fortes vibrações. Embora, hoje, a maioria das aeronaves tenha suficientes reservas de potência para voar com uma carga pesada de gelo, essa formação na estrutura da aeronave é, ainda, um sério problema, uma vez que resulta em um grande aumento do consumo de combustível, diminuindo sua autonomia, e, ainda, pode afetar o motor resultando em perda de potência. Para o surgimento deste tipo de fenômeno, são necessárias duas condições básicas: • Temperatura da fuselagem da aeronave inferior a 0°C; • Presença de água em estado líquido abaixo de ponto de congelamento: a água na atmosfera nem sempre se congela a 0°C. As gotículas chegam a atingir temperaturas de -10°C, podendo excepcionalmente atingir até -40°C. Quanto menores são as gotículas, mais baixas temperaturas elas podem suportar antes de congelarem, dada a característica física da Tensão Superficial ser proporcionalmente maior quanto menor for a gotícula. Em geral, significativa formação de gelo em aeronaves raramente ocorre em nuvens cuja temperatura seja inferior a -20°C, em virtude de serem formadas quase que exclusivamente por cristais de gelo. METEREOLOGIA 42 O tipo de gelo que se forma numa aeronave depende, basicamente, do tamanho das gotículas d’ água existentes nas nuvens e da temperatura ambiente. Cada tipo de formação e suas características são vistas a seguir: • Gelo Claro ou Cristal: é o tipo mais perigoso, por ser pesado e aderente. É cristalino e se forma devido as grandes gotas de água. É comum ás nuvens Cumuliformes com temperaturas entre 0 e -10°C. É extremamente difícil de ser eliminado, pois devido ao tamanho maior das gotículas, sua formação é mais lenta permitindo acomodação do corpo líquido antes da solidificação total. • Gelo Amorfo, Opaco ou Escarcha: é mais leve, menos aderente e de aspecto leitoso. Exige gotas de água menores para se formar. Ocorre em nuvens Estratiformes entre 0° e -10°C e em nuvens Cumuliformes com temperaturas entre -10°C e -20°C. Devido ao menor tamanho, ao chocarem-se com a aeronave as gotículas congelam-se instantaneamente, alterando o perfil aerodinâmico. • Misto: é o resultado combinação dos dois tipos anteriores; Ocorre um tipo de gelo no céu aberto que é na verdade, um tipo de geada, cuja formação é devida ao jato de aeronaves que voam durante muito tempo em temperaturas baixíssimas terem sua fuselagem super – resfriada; ao descerem para pouso encontram uma camada de ar úmido que produz sublimação do vapor d’água em sua superfície. Os efeitos da formação de gelo nas aeronaves em relação às suas partes mais sensíveis são: • Gelo hélice: altera o perfil aerodinâmico das pás e reduz a tração efetiva, acarretando redução da velocidade indicada. Ocorre vibração associada, devido ao desequilíbrio entre as pás. • Gelo no rotor de helicópteros: reduz a sustentação, ao mesmo tempo em que acarreta vibrações críticas. METEREOLOGIA 43 • Gelo nos reatores: reduz a entrada de ar e acarreta aumentando na temperatura da exaustão, porque a mistura se torna cada vez mais rica. • Gelo nos carburadores convencionais: forma-se na passagem de ar através da “borboleta”, devido ao efeito de Venturi que acarreta resfriamento médio de 15 graus Celsius no ar. A evaporação da gasolina tira, por sua vez, 3 graus Celsius do sistema, o que faz com que o voo em ar a 18 graus Celsius positivos, passe a sofrer problema de gelo no carburador. Para combater esta formação,usa-se ar quente do próprio motor e nas proximidades longascom motor reduzido, dar pequenas rajadas no motor, para acionar a borboleta e desprender pedaços de gelo que estejam se formando. METEREOLOGIA 44
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