11 - Massas de ar e frentes - Poli-USP-Engenharia Ambiental

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Aula 11 – Massas de ar e frentes 
ACA0220 – Climatologia e 
Hidrometeorologia 
1o semestre 2016 
Profa. Dra. Rachel Ifanger Albrecht 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 2 
MASSAS DE AR E FRENTES 
Aula 11 
1. Massas de ar 
a) Regiões de origem 
b) Classificação 
c) Massas de ar que atuam no Brasil 
 
2. Frentes 
a) Frentes Frias 
b) Frentes Quentes 
c) Frentes Oclusas 
d) Frentes Estacionárias 
e) Frentes em altos níveis 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 3 
• As frentes frias e frentes quentes estão associadas ao deslocamento de 
massas de ar. 
 
• Este deslocamento ocorre de forma lenta e gradual, formandos os ciclones 
extratropicais (próximo capítulo). 
 
• O movimento das massas de ar ocorre para equilibrar as diferenças os 
gradientes de temperatura na atmosfera formados pelo aquecimento 
diferencial da superfície da Terra. 
 
1. Massas de ar 
Com inclinação 
(solstício de verão HS) 
Com inclinação 
(solstício de inverno HS) 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 4 
1. Massas de ar 
• Uma massa de ar é um corpo extremamente grande de ar 
cujas propriedades de temperatura e umidade são bastante 
semelhantes em qualquer direção horizontal (milhares de 
km2) e vertical ( ~5 à troposfera km). 
~ 2000 km 
~ 5 km 
Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 5 
1. Massas de ar 
• A figura abaixo mostra uma grande massa de inverno, associada com uma 
área de alta pressão (H), cobre mais de metade dos Estados Unidos. 
 
– Note-se que, embora a temperatura do 
ar na superfície (T) e ponto de orvalho 
(Td) varie um pouco, em todos os 
lugares o ar é frio e seco, com exceção 
da zona de precipitação de neve na 
costa leste dos Grandes Lagos. 
– Este anticiclone frio (centro H) irá se 
deslocar para leste, levando consigo a 
temperatura e a umidade característica 
da região onde a massa de ar se 
formou. 
Td (
oF) 
T (oF) 
Cobertura do céu Tipo de precipitação 
Mais símbolos em: 
http://tornado.sfsu.edu/geosciences/classes/m201/WeatherMapAnalysis/wxmap.jpg 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 6 
1. Massas de ar 
• Exemplo do dia 24/05/2016, semana passada (em carta de superfície): 
http://tempo.cptec.inpe.br/ 
http://www.cptec.inpe.br/~rupload/arquivo/analise_24052016.pdf 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 7 
1. Massas de ar 
• Exemplo do dia 24/05/2016, semana passada (em carta de superfície): 
 
 
 
 
– T=27oC e Td=22
oC (quente) 
 
 
– T=16oC e Td=14
oC (frio) 
 
 
– T=9oC e Td=8
oC (mais frio) 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 8 
1. Massas de ar 
• Exemplo do dia 25/05/2016, semana passada (dados de estação e METAR): 
h
tt
p
:/
/w
w
w
.m
as
te
r.
ia
g.
u
sp
.b
r/
o
b
se
rv
ad
o
s/
m
ap
a/
m
et
ar
/ 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 9 
1. Massas de ar 
(a) Regiões de origem 
 
• As regiões de origem das massas de ar estão 
associadas ao padrão da circulação geral da 
atmosfera (cinturões de alta (H) e baixa (L) 
pressão) e possuem, em geral, características 
planas e de superfície uniformes com ventos 
fracos em superfície. 
 
• Logo, formam-se sobre grandes extensões da superfície terrestre com 
características homogêneas (como os oceanos, grandes florestas, 
desertos, etc.), onde o ar permanecem estacionário por longo tempo. 
 
• Geralmente são regiões de alta pressão (anticiclones semi-estacionárias) 
com ventos fracos e de deslocamento lento. 
 
Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 10 
1. Massas de ar 
(b) Classificação 
 
• As massas de ar são classificadas de acordo com: 
1. a região de origem geográfica, a qual determina suas características de temperatura 
(polar ou tropical ou equatorial) 
2. e as propriedades da superfície, a qual determina suas características de umidade 
(marítima ou continental). 
 
• A identificação básica se dá por duas letras: 
 
 
Região de 
origem 
Ártica (A)/ 
Antártica (AA) 
Polar (P) Tropical (T) Equatorial 
Terra cA / cAA cP cT --- 
continental 
(c) 
extremamente fria, 
seca, estável; 
superfície coberta 
por gelo ou neve 
fria, seca, estável quente, seca e ar 
estável acima; ar 
instável na 
superfície 
--- 
Água --- mP mT mE 
marítima (m) --- um pouco fria, 
úmida, instável 
quente, úmida; 
geralmente 
instável 
quente, úmida e 
instável 
Gustavo
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Gustavo
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Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 11 
1. Massas de ar 
• Massas de ar ao redor do globo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– características de umidade: 
 muita umidade (marítima-m) 
 pouca umidade (continental-c) 
– características térmicas: 
 quente (Equatorial-E e Tropical-T) 
 fria (Polar-P, Ártica ou Antártica - A) 
 
cT 
cE 
Gustavo
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Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 12 
1. Massas de ar 
• Massas de ar ao redor do globo e os centros de alta pressão (H) na superfície: 
mE mE mE 
cAA 
cA 
cT cT 
mT 
mE 
cA 
mP 
cA 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 13 
1. Massas de ar 
• Circulação geral da atmosfera, centros de alta pressão e massas de ar: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
cE 
cT 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 14 
1. Massas de ar 
cP – continental Polar e cA, cAA – continental Ártico e Antártico 
 
• As massas de ar Polar, Ártica ou Antártica continental são : 
– frias, 
– secas, 
– estáveis, 
– geralmente rasa (de 3 a 4 Km de profundidade). 
 
 
• Precipitação nas massas de ar cP/cA /cAA ar são geralmente fracas devido a baixa 
umidade. 
 
• A precipitação é mais comum nas "bordas" da cP/cA /cAA , especialmente quando 
essa massa avança e substitui uma mT. 
 
• Temperaturas baixas na superfície e uma camada de limite seca inibem a 
convecção termodinâmica. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 15 
cT 
cE 
1. Massas de ar 
• As massas de ar cP/cA /cAA são originadas nas regiões polares dos continentes, 
tais como a Sibéria, o norte do Canadá e a Antártica. São formadas pelo processo 
de resfriamento radiativo e é particularmente muito fria no inverno. A superfície 
terrestre perde radiação infravermelha para o espaço (pouca ou nenhuma 
radiação solar, ângulo de incidência radiação é muito oblíquo). Pelo processo de 
condução, o ar em contato com a superfície também se resfria. Isto rapidamente 
estabelece uma taxa de variação vertical de temperatura bastante estável e, 
eventualmente, uma inversão térmica é criada. 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 16 
1. Massas de ar 
• Quando uma massa de ar cP/cA /cAA é deslocada de sua região de 
origem, suas características são modificadas pela superfície subjacente. 
 
• Considere uma cP se deslocando em direção ao equador: 
 
– Em geral, a superfície da Terra é 
mais quente em latitudes mais 
baixas, então quando uma massa 
de ar polar se move sobre uma 
superfície mais quente, esta é 
aquecida nas camadas mais 
próximas à superfíce. 
 
– Este aquecimento instabiliza a 
porção inferior da massa de ar. Se 
o aquecimento for muito intenso 
(como pode ser o caso durante o 
outono, verão e primavera) ou 
quando a massa de ar passa sobre 
regiões constituídas por águas mais 
quentes, pode ocorrer convecção. 
 
– Como a massa de ar cP é seca e a 
mistura ocorre à medida que a 
massa de ar desloca-se em direção 
ao equador, e não há convecção 
tornando a visibilidade excelente e 
o céu fica azul com “céu de 
brigadeiro”. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 17 
1. Massas dear 
• Exemplos de convecção quando a cP passa sobre água quente: 
Ar Frio 
Grandes Lagos 
“Lake effect” 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 18 
1. Massas de ar 
• Exemplos de convecção quando a cP passa sobre água quente: 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 19 
cT 
cE 
1. Massas de ar 
mP – marítima Polar 
 
• Em geral, a mP forma-se sobre áreas oceânicas em latitudes altas e médias. As 
características gerais desta massa de ar na sua região de origem são: 
– fria, 
– úmida, 
– instável, 
– profunda (estende-se através da troposfera). 
• Quando esta massa de ar atinge a costa oeste de um continente ela começa a 
perder umidade. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 20 
1. Massas de ar 
• No caso das Américas do Norte e do Sul, o ar é forçado a subir extensas cadeias de 
montanhas (montanhas Rochosas e os Andes). À medida que o ar sobe e se resfria, 
ocorre condensação que resulta em precipitação abundante. A influência que as 
características do terreno exercem na formação dos fenômenos meteorológicos 
locais é chamada efeito orográfico. 
• No lado leste (ou a sotavento das montanhas) o ar sofre subsidência e é aquecido 
por um processo próximo do adiabático seco. Em geral, o ar chega na base das 
montanhas mais quente e mais seco do que estaria no mesmo nível a barlavento 
das montanhas. A diferença na temperatura estaria aproximadamente equivalente 
à quantidade de calor latente liberado pelo vapor d’água que se condensa à 
medida que o ar sobe no lado oeste das encostas. 
 
Liberação 
de calor 
latente 
Aquecimento 
adiabático seco 
Precipitação máxima 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 21 
1. Massas de ar 
• Exemplos de convecção quando a mP se move sobre o continente: 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 22 
1. Massas de ar 
• Exemplos de convecção quando a mP se move água mais quente: 
Nuvens cumulus de células 
abertas 
Nuvens formadas em massa 
de ar polar marítimo: ar mais 
frio que se move sobre água 
relativamente mais aquecida 
IMAGEM SATÉLITE – VISÍVEL 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 23 
cT 
cE 
1. Massas de ar 
mT – marítima Tropical e mE – marítima Equatorial 
 
• A mT (mE) é formada sobre águas quentes tropicais ou subtropicais (equatoriais). 
Uma vez que o calor e a umidade são supridos da superfície, esta massa de ar é 
caracterizada frequentemente por convecção. Na sua região de origem ela é: 
– quente, úmida, instável, profunda. 
 
• As mT e mE são, geralmente, estáveis (ar mais quente em baixo, mais frio em 
cima), mas podem se tornar instável, isto é, a partir do levantamento do ar esta se 
torna convectivamente instável e nuvens cumulus crescem rapidamente. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 24 
1. Massas de ar 
• No inverno, os continentes em latitudes médias e altas são bastante frios e à 
medida que a mT avança em direção ao polo sobre o continente com superfície 
muito mais fria, ocorre resfriamento das camadas mais próximas à superfície, o 
que resulta em uma massa de ar mais estável e, eventualmente, formação de 
nevoeiro com baixa visibilidade. Este processo também ocorre em áreas oceânicas. 
Quando a massa de ar mT move-se sobre águas mais frias, nevoeiros muito densos 
se desenvolvem. A Inglaterra é famosa pela sua atmosfera enevoada, 
principalmente devido a esse mecanismo. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 25 
1. Massas de ar 
• No verão, o aquecimento diurno domina. À noite, a massa de ar é resfriada 
próxima à superfície e a formação de nevoeiro é comum. Em geral, os nevoeiros 
de verão tendem a ser menos persistentes e mais rasos que os nevoeiros de 
inverno. Durante o dia, ocorre forte aquecimento que rapidamente dissipa 
qualquer nevoeiro presente e serve para aumentar a instabilidade dessa massa de 
ar quente e úmida. Isto resulta em numerosas pancadas e tempestades. O tempo 
no verão na maior parte do Brasil, particularmente na Região Amazônica e regiões 
costeiras, é bastante influenciado por esse tipo de atividade. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 26 
1. Massas de ar 
• Exemplos de nuvens em mT que se move sobre o continente: 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 27 
1. Massas de ar 
• Exemplos de nuvens em mT que se move sobre água mais fria: 
Nuvens stratocumulus (de células fechadas) formadas em massa de 
ar tropical marítimo. 
Formam-se devido à subsidência e o resfriamento das camadas de 
ar em contato com a água mais fria do oceano 
Imagem 
satélite 
VISÍVEL 
Imagem 
satélite 
INFRAVERM. 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 28 
cT 
cE 
1. Massas de ar 
cT – continental Tropical 
 
• A cT forma-se em regiões desérticas. Suas características são: 
– quente, seca, instável, profunda. 
 
• É frequentemente encontrada sobre regiões áridas e desertos como no Saara, na 
região oeste dos Estados Unidos. Em menor grau também encontramos cT sobre o 
interior do Brasil, Bolívia, Paraguai e norte da Argentina durante o fim do inverno, 
antes do início da estação chuvosa. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 29 
cT 
cE 
1. Massas de ar 
cE – continental Equatorial 
 
• A cE forma-se em regiões equatoriais de floresta, i.e., sobre a Amazônia. Suas 
características são: 
– quente, muito úmida, instável, profunda. 
 
• É uma massa de ar um mais estacionária e não muito bem definida. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 30 
1. Massas de ar 
(c) Massas de ar no Brasil 
 
 
mP 
cT 
mT 
mE 
Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 31 
1. Massas de ar 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 32 
1. Massas de ar 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 33 
1. Massas de ar 
2016-05-23 2100 UTC (cP se moveu sobre SP) 2016-06-01 1200 UTC (não há cP/mP no Brasil) 
Imagens de satélite do canal do vapor d’água 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 34 
MASSAS DE AR E FRENTES 
Aula 11 
1. Massas de ar 
a) Regiões de origem 
b) Classificação 
c) Massas de ar que atuam no Brasil 
 
2. Frentes 
a) Frentes Frias 
b) Frentes Quentes 
c) Frentes Oclusas 
d) Frentes Estacionárias 
e) Frentes em altos níveis 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 35 
• A frente é a região (ou zona, ou “superfície”) de transição entre duas 
massas de ar de características diferentes (temperatura e/ou umidade). 
 
2. Frentes 
Gustavo
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Aula 11 – Massas de ar e frentes 36 
2. Frentes 
• Características das frentes: 
– Normalmente é uma região onde: 
• a pressão tem um valor mínimo relativo 
• temperatura e a umidade variam abruptamente 
• os ventos são mais fortes, mudam de direção e são confluentes 
• ocorre nebulosidade e precipitação 
– A fronteira entre as massas de ar frio e quente sempre se inclina, com a massa de ar 
quente sobre a massa de ar frio (que é mais denso). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– Quando as massas de ar se deslocam, o ar frio força o ar quente a subir, o que provoca a 
formação de nuvens e precipitação 
– Tem larguras de 5 a 50 Km, comprimento de 500 a 5000 Km, e altura de 3 a 10 Km 
 
 
(link) 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 37 
2. Frentes 
• Tipos de Frentes: 
– As frentes podem ser classificadas pelo movimento relativo das massas de ar quente e 
fria envolvidas. 
• Como decidimos qual é o tipo de frente? 
– Na superfície: 
• Se ar quente substitui ar mais frio, a frente é uma frente quente 
 
 
• Se ar frio substitui ar mais quente, a frente é uma frente fria 
 
 
• Se a frente não se move (e há contraste de T), é uma frente estacionária 
 
 
• Frentes oclusas não interceptamo chão, a interface delas ocorre nas 
camadas superiores 
 
 
(direção dos semicírculos e triângulos indica a direção de propagação da frente) 
Gustavo
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Gustavo
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Gustavo
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Gustavo
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Gustavo
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Gustavo
Highlight
Gustavo
Highlight
Aula 11 – Massas de ar e frentes 38 
2. Frentes 
(a) Frente fria 
 
• Quando uma massa de ar frio avança sob uma massa de ar quente. 
• A frente fria é identificada através das isolinhas de temperatura e umidade em 
uma carta sinótica. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 39 
2. Frentes 
• Exemplo na América do Sul semana passada (23/05/2016 1800 UTC): 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 40 
2. Frentes 
• Exemplo na América do Sul hoje (01/06/2016 ) : 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 41 
• A massa de ar fria e densa é entranhada embaixo da massa de ar quente, a qual é 
forçada a se levantar. 
• Conforme a massa de ar quente condicionalmente instável é forçada a se levantar, 
vapor d’água é condensado e uma série de nuvens cumulonimbus e forte 
precipitação são formadas (50 km atrás da frente fria). 
• O vento forte de oeste em altos níveis espalham os cristais de gelo do topo da nuvem 
em cirrostratus (Cs) e cirrus (Ci), as quais são visíveis bem antes da frente fria. 
• Em superfície, o vento é de sudoeste na massa fria e de componente norte fora da 
massa. 
• Após a passagem da frente fria, o céu fica claro e limpo. 
2. Frentes 
N 
S 
Hemisfério Sul 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 42 
2. Frentes 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 43 
T 
2. Frentes 
(b) Frente quente 
 
• Quando uma massa de ar quente avança sobre uma massa de ar frio 
• O avanço do ar quente sobre o ar quente provoca nuvens (Ci, Cs) e precipitação 
(Ns,St) bem antes da linha frontal em superfície (600 km antes da frente quente). 
• Estabiliza a atmosfera (ar frio abaixo de ar quente), provocando uma frente de 
inversão térmica. 
 
N 
S 
Hemisfério Sul 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 44 
2. Frentes 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 45 
2. Frentes 
(c) Frentes oclusas 
 
• Quando uma frente fria (de deslocamento 
mais rápido) ultrapassa uma frente quente 
do lado leste ou equatorial do ciclone 
 
ciclone 
N 
S 
Hemisfério Sul 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 46 
2. Frentes 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 47 
2. Frentes 
(d) Frente estacionária 
 
• Quando não há o avanço do ar frio nem o avanço do ar quente. 
• No exemplo abaixo, a cP vinda do Canadá tenta avançar sobre a região das 
montanhas rochosas nos EUA, mas não consegue ultrapassá-la. Note que o vento 
sopra paralelo às isóbaras e à frente estacionária. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 48 
2. Frentes 
• Exemplo na América do Sul: 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 49 
2. Frentes 
• Exemplo na América do Sul 05/05/2015 : 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 50 
2. Frentes 
CLIMATOLOGIA DE FRENTES FRIAS NA AMÉRICA DO SUL 
 
• Incursões de frentes frias em regiões subtropicais ocorrem durante todo o ano. 
 
• Os critérios objetivos para passagens de frente frias são: 
 
– Diminuição na temperatura na superfície isobárica de 925 hPa de pelo menos 2oC 
 
– Aumento na pressão do nível do mar (atrás da frente) em pelo menos 2 hPa 
 
– Em 925 hPa, vento de sul de pelo menos 2 m/s 
 
 
• Durante o outono e inverno as frentes frias podem resultar em geadas em 
latitudes subtropicais. 
 
• Frentes frias que se deslocam lentamente podem estar associada com chuvas 
fortes com grandes acumulados durante o ano 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 51 
2. Frentes 
• Número médio anual de frentes frias: 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 52 
2. Frentes 
• Número médio sazonal de frentes frias: 
 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 53 
RESUMO 
• Vimos as características das massas de ar e o deslocamento das mesmas, 
i.e., frentes. 
 
• As massas de ar marítimas são úmidas e as continentais são secas, 
enquanto que as massas Tropicais e Equatoriais são quentes e as Polares, 
Árticas e Antártica são frias. 
 
• As frentes representam as fronteiras das massas de ar: 
– Frentes estacionárias não se movimentam, com ar frio de um lado e quente do outro. 
– Frentes frias possuem precipitação ao longo de sua fronteira, com atmosfera instável (ar 
quente sendo forçado levantamento sobre ar frio) 
– Frentes quentes se deslocam sobre massas de ar frio, provocando pouca precipitação e 
formando uma cada estável e de inversão. 
– Frentes oclusas possuem as características das frentes frias e quentes.. 
– Frentes de altos níveis se formam próximas aos jatos polares devido ao aprofundamento 
da tropopausa. 
 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 54 
Visitem: 
http://earth.nullschool.net/ 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 55 
AVISO PROVA 
• A segunda prova será dia 22/06/2016 das 15:20 às 
17:00, na sala de aula 16, IAG. 
 
• A prova substitutiva se mantém no mesmo dia e 
horário, 29/06/2016 das 13:10 às 14:50 - sala de aula 
16, IAG. 
 
• As listas de exercícios só serão aceitas se entregues 
até o dia da segunda prova. 
Aula 11 – Massas de ar e frentes 56 
REFERÊNCIAS 
• Ahrens, C. D., 1999: Meteorology today: an introduction to 
weather, climate, and the environment. West Publishing Co.. 
9a edição (ou edição mais recente).